BF正版 3D打印艺术家.设计师和制造商 新华书店畅销图书书籍 社会科学 新闻出版、图书馆、档案学 出版 印刷 史蒂芬霍斯金斯 (S.

基本信息

书名:3D打印-艺术家.设计师和制造商

定价：68

作者:史蒂芬·霍斯金斯 (Stephen Hoskins), 梅铁铮

出版社：鹭江出版社

出版日期：2016-11-1

ISBN(咨询特价)

字数：

页码：189

版次：第1版

装帧：平装

开本：16

商品重量：

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《3D打印:艺术家、设计师和制造商》的目标读者是艺术家、设计师和来自文化创意产业的人，但关注新兴科学技术发展的普通读者也一定会产生极大的兴趣。

目录

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内容提要

3D 打印被认为是下一个会变革人们生活的技术。本书阐述了创新型产业是如何使用3D 打印技术以及该技术是如何改变来自世界各地的艺术家和设计师的实践活动的。书中选取了不同领域的著名案例，以揭示这个令人兴奋的工艺的使用情况; 还概述了3D 打印的历史，从航天起源到如今在生物医疗、F1 赛车、家具设计和珠宝等各方面的应用。
本书对应用艺术如何适应新技术进行了有趣的研究，对于来自艺术、工业和自然科学领域的专业学者与3D 打印用户有着重要意义。该书的目标读者是艺术家、设计师和来自文化创意产业的人，但关注新兴科学技术发展的普通读者也一定会产生极大的兴趣。

海报：

文摘

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插图：



引言
这本书对于来自艺术、工业和自然科学领域的专业学者与3D打印用户有着重要意义。该书的目标读者是艺术家、设计师和来自文化创意产业的人，但也应引起热衷新兴科学技术发展的普通读者的关注。
在过去一年里，BBC广播和电视、《纽约时报》、《电讯报》、《卫报》、《独立报》以及《经济学家》上有许多关于3D打印的概括性介绍。此外，《连线》等杂志也发表了一些关于3D打印的专业文章。在3D打印产业方面，TCT专家杂志和快速原型制造期刊都报道了3D打印在工程和医学方面的应用。此外，大量网站开始服务于使用低成本3D打印的“maker”社区，括一些处理数字雕塑和艺术品快速成型的专业网站（如www.additive3D.com）。然而，迄今为止还没有刊物或书籍来详细介绍这一创新型产业是如何对接和使用3D打印技术的。
从全球范围来看，许多大学和研究机构将3D打印作为一种增材制造过程来开发和使用，他们大都相信这项技术能带来重大突破。他们的研究目标是将这项技术从快速成型领域转到快速制造领域，从生产某一部件的塑料复制品到生产整个工作部件。目前已使用3D打印生产出了完整的尼龙自行车、金银首饰和钛合金牙。笔者所在的研究团队[位于布里斯托尔的西英格兰大学“精细打印研究中心”（CFPR）]在三维打印陶瓷制品方面处于领先地位，使用3D打印工艺生产了大量的杯、碟、碗和雕塑。
从更广的范围来看，目前微观装备实验室（Fab Labs）的数量剧增。从上次的统计数据来看，全球有57个Fab Labs，同时每月有3个新实验室设立起来。这种实验室是使用高科技数字制造，可以基于3D打印的社区平台。另一个现象是Tech Shops的兴起，已成为实验室的商业替代品；黑客空间也为科技极客们提供进行学习、和项目合作的场所。所有这些平台都在向越来越多的用户传递3D打印的观念，而用户也期待能将这一技术运用到日常生活中去。
在本书中，笔者旨在说明3D打印现已成为艺术实践不可分割的一部分。笔者有两个明确的目标：，向艺术类读者介绍3D打印工艺的潜能；第二，阐明3D打印工艺的发展顺序以及与视觉艺术相关的历史和大事件。笔者想要通过大量从业者案例，从客观上说明这些新工艺是如何应用的，并阐述从业者是怎样在不同的实践经历中创造出值得学习的新方法。
有人可能会认为新工艺一旦有了许多新名字，就会被用来获取资本、赢得声誉。3D打印目前正处于这一阶段，其别名括：自由成型制造、快速制造、增材制造（ALM）、选择性激光烧结（SLS）、立体平版印刷（STL）、快速原型制造（RP）以及熔融积淀成型（FDM）。
人们对于新工艺在文化认同上的变化往往可以追溯到一件细小的事情上来。尽管该事件在当时显得微不足道，但回想起来，却发现其象征着人蜜念的转变。笔者觉得，克里斯·安德森1在《连线》杂志上发表的一篇名为《原子将成为下一场工业的新钻头》的专题文章预示着人蜜念的转变。在这篇文章发表后，笔者认识到制造业将发生根本性改变。
文中极具洞察力的评论可能是：“用一句话来概括这二十年的历史吧。如果前十年是在网络上探索后制度模尸那接下来的十年将会是把这些模式运用到现实世界中。”但是安德森所说的更多守于媒体的影响、社会如何共同解决问题以及这种共同解决问题的方法如何在网络之外加以实施。
文章还继续介绍了一些受3D打印启发的新工作方尸如众车、 Fab Labs以及Tech Shops等。人们在现实生活中对数字技术的运用展现了他们对3D打印之狂热。只要轻触按钮，就能把电脑上设计的虚拟物件用真实材料打印出来，这一前景不仅诱人，而且充满了未来主义色彩。但事实是，目前还远远达不到这一水片至少在近几年是不可能的。在写此书之时，在增材制造领域接近真实成品真实度质量比的是激光烧结的钛、钢和尼龙。在视觉艺术领域，有两个研究项目明确阐述了真实材料的新方向，分别是库克森和伯明翰中央英格兰大学珠宝创新中心联合打印黄金和贵重金属，以及笔者所在的研究团队（位于布里斯托尔的西英格兰大学）用3D打印制作陶瓷。所有这些工艺品从打印机出来后都需要清洗和进一步加工处理。作为3D打印的爱好者和倡导者，笔者可以坦率地说，目前还没有工艺可以完全满足用户所需。
从长期的发展来看，这些工艺肯定能创造出克里斯·安德森所说的颠覆性技术。3D打印的颠覆性后果可能会与网络通信逐渐取代传统的报纸印刷行业类似。但这一取代需要时间。从最初引进计算机沛开始，打印和通信的革新持续了近30年的时间。20世纪80年代早期，沃平与默多克的争端就证明了这一点。印刷业工会就裁员问题与管理层产生纠纷，因为记者可直接通过电脑打印副本，打印页面也可以在电脑屏幕上编排，完全不需要专门的排字工人。此后，排字工人、制版机以及复印术都不再需要了。这种改变的催化剂是桌面沛软件的出现，如20世纪80年代末期为苹果电脑设计的奥尔德斯专业沛软件。另一种催化剂是家用电脑的普及和20世纪90年代因特网的广泛使用。这些变革还导致了近几年来智能和应用程序的使用，让消费者不仅可以在或iPad上阅读新闻，还可以用不同的方式获得新闻，而且阅读过程不需要任何实体，读完后也不需要扔掉。所有这些进步和发展都源于数字技术的发展，但也导致了传统报业的逐渐衰退。
如果我们认为3D打印与网络通信的颠覆路径相同，那么现在3D打印还未进入“wapping”阶段。笔者接触3D打印的时间不算早，大约在2005年，那时商业机器已经投入市场近20年了，没有任何行业将3D打印作为主要的制造工艺，但在某些实例中却可以看到这一技术正被逐渐纳入实际应用。现在，3D打印技术被应用于制造航空航天器的钛合金部件，这些部件有复杂的气流通道，却没有任何铸造接缝，3D打印的部件增加了空间容量和制冷量。在F1赛车中，3D打印被用来为私家车和机量身打造特定部件，这些部件大都是一次性的，且制造费用翻倍。牙科行业还广泛使用3D打印来制造义齿，这些义齿是单独定制的，可以从一台3D打印机中一起打印出来。
最后，3D打印开始逐渐运用到外科手术中，如整形外科中的断层扫描能转换成3D打印的断层副本，便于外科医生弄懂手术该如何进行。尤其在医疗管制不太严格的兽医外科方面能起到较大作用。但目前都没有进行大规模制造，在接下来的几年里可能会有较大的应用。
许多人认为便宜的家用打印机（如RapMan、MakerBot、Cubify及Fab at home）会对3D打印的未来产生影响，让人们很难将其作为一种技术来看待。这些打印机的使用确实对3D打印的传播起到了作用，但却将其描述得天花乱坠。一些畅销书如科利·多克托罗的Maker（见178页），书中的主角使用3D打印机和“黏稠物”（理论上指的是环氧树脂材料）制造了从游乐场的旋转木马到电子部件等几乎所有东西！当然，所有这些宣传都是有益的。
3D打印的未来可能存在于黑客空间和“创客”与“极客”这些社区中，他们可以利用网络和开放源代码社区来扩展DIY 3D打印的潜能。
想要预测未来总是很难的，但笔者觉得3D打印可能会朝着不同的方面进行发展。3D打印这一制造金属部件的高端行业还将继续高端下去，主要被工业制造商用于生产价值几十英镑的高科技机器上的高级零件。这些高科技机器会变得越来越专业，在特定领域能生产出某些超高质量的部件。
笔者觉得在过渡时期，3D打印的中间地带会被Shapeways、Sculptyo 和Imaterialise (参见第2章)这些服务平台占据。你可以在这些服务平台的网站上订购所需的部件，就像在亚马逊网上订购物品一样。订购后部件会被打印出来，完工后再派送给你。服务平台一边大规模地为顾客定制打印部件，一边控制其规模，少入库、运输和存储的需求，真正做到了满足顾客的及时需求。笔者觉得这是发展前景最广阔的一部分，因为许多产品都是这样制造出来并派送给顾客的，但顾客几乎都不知道这些都是3D打印的成果。回到数字打印模拟这一块，这种制造方法叫作“按需打印”，就像当前一些书籍制作网站如路路（Lulu）、布勒（Blurb）或亚马逊等都是在收到订单后才开始打印和装订图书的。因此，尽管书籍是在大容量的机器上进行生产的，也只是一小段连续的打印过程。
可以设想一下，在3D打印的“低端”市场上，便宜的打印机充斥着玩具、业余爱好者和学校等市场，就像20世纪中期的“麦卡诺”一样。MakerBot打印机将不可避免地用于制造高质量的教育工具，或是制作可回收材料做的昂贵玩具。但这些打印机真的能长期制造除了食物之外的物品吗？笔者对此持保留意见。事实上，在便宜的熔融积淀成型(FDM)机器喷头上已经可以打印出可食用的巧克力和糖了。
那么，3D打印技术是如何运用到艺术创作中的呢？这一技术对艺术的影响是慢慢发震来的。随着3D打印的入门学习变得更为容易，价格也更为合理，越来越多的从业者开始慢慢加入了早期使用者的行列，这些早期使用者还括设计领域的阿萨·阿叔奇和视觉艺术领域的凯斯·布朗等。随着更多的艺术家和创意人员开始使用3D打印，这一技术也必将变得更为主流。但此时此刻，大多数使用者关心的只是这一技术本身，而不是运用该技术所能创造的物件。尽管艺术家很少引领新技术的发展，但某些资深的艺术家正开始打破这一技术的局限，将其运用到更新、更有趣的领域。从这时起，3D打印技术才真正变得更主流、更实用，而不是仅仅制造一些技术类的人工制品。
笔者确信3D打印技术有潜力打破艺术和科学的界限，这一观点最初由查尔斯·珀西·斯诺在20世纪50年代提出。2斯诺解释道，从历史上讲艺术和科学并是完全分开的领域，但到20世纪50年代时，它们成了两种完全不同的哲学体系。近年来，多数人试图在艺术和工业之间建立起一种表面的关联关系。与此相反的是，本书的基本原则是在艺术和科学之间建立起直接关联，这是作者在CFPR所采用的方法，这一方法还引起了政府和研究理事会的关注。3本研究通过案例说明了这项新技术会如何影响未来工业的发展，如何为英国的经济带来财富，同时也为艺术和工业之间如何建立关联提供了标本。
最后回到视觉艺术领域，3D打印的潜能在于其可以作为新工具使用。技术本身不会创造艺术；对于使用者而言，技术是无力的，是辅助的，尽管这种辅助性在所制造的物体上表现得并不明显。但笔者相信，会有一群艺术家以某种从未设想过的方式来使用该项技术。在写这本书时，笔者遇到过一些创新又精美的作品，这些作品对技术的使用已经超过了工艺本身，让笔者感到惊喜不已。特别是卡琳·桑德尔、斯蒂芬妮·伦珀特、玛丽安·佛利斯特、内里·奥克斯曼、阿萨·阿叔奇以及艾里斯·范·荷本所创作的作品，让笔者不禁想拥有，想与这些作品共同生活。当然，不仅因为这些作品是3D打印的，还因为它们所具备的艺术美感。笔者还相信，3D打印会带来意想不到的民主。从传统意义上讲，这一技术的关注者会认为“极客”和数字界面等需要对软件和工程有所了解，属于年轻男性感兴趣的领域。但事实上，书中笔者提到的3D打印从业者有5/6都是女性。这说明，至少在创新领域，技术使用者不一定得遵守数字技术方面的历史准则。
案例研究

为了完成此书，笔者采访了许多在各自领域起领头作用的从业者。笔者把他们分成四类：设计师、艺术家、手工业者和其他领域。作为一名从业者，笔者确信跨领域交流的意义，不喜欢在传统意义上对艺术进行分类。但想用其他方式划分章节也很困难。笔者特意挑选了一些在3D打印领域有较长实践经验的从业者。如凯斯·布朗的案例追溯到了20年前，3D打印最早进入商业市场的时候。在采访从业者的时候，为了获取一致的信息，笔者尽量问相同的问题。比如，开始时会问他们如何描述自己及其实践经历。但每个人的侧重点都不同。因此，笔者用一种正式的方式转录了采访内容，以便突出每位被采访者在使用3D打印时不同于他人的独特方式。这也显示了每位从业者是如何创造性地根据自己的需求处理3D打印，如何采用一种与制造商规定的不同的方式来使用该技术的。
本书后面的附录部分附上了访谈问卷及艺术家简介。
视觉艺术的
3D打印历史
本章将概述3D打印技术的历史、工程师和工业设计师使用3D打印技术进行工业原型设计的兴起以及视觉艺术家将该技术作为媒介的历史发展进程。
在本书中，笔者只会介绍3D打印技术的实体生产，因为市面上已有许多优秀书籍专门描述基于屏幕的数字技术的兴起以及该技术与视觉艺术的关系。《电脑美术室》1就是其中一本。笔者建议读者读读虚拟技术的发展，括大部分的软件发展部分，并注意3D打印硬件的三维实体生产。本文要介绍的是从数字文件进行实体生产的发展。因此，笔者要全面介绍一下硬件技术的发展历史，及其对3D打印发展的贡献。然后从艺术实践案例来阐述历史，目的是创建一个时间表，以显示艺术家是如何运用该技术以及在工业发展时3D打印技术的发展。
从历史的角度考察视觉艺术中采用3D打印技术是可笑的，因为事实上，大多数3D打印产业只是突然意识到这个技术可以运用到艺术中。但这与艺术家渴望采用这种技术是不同的。很显然，我们在引述各项工艺时，并没有证据证明之后所有的创造都由之前的作品启发而来。但是，一旦某一工艺进入公众领域，就开始有通用和创新这两方面的发展。因此，要创建视觉艺术的3D打印史，我们可以深入研究该打印技术最早的起源，类似于研究新石器文化中陶瓷的发展。与其他制作或工艺不同的是，制作陶器是一个直接添加的过程。简单点说，就是一次添加一圈黏土，直到做成成品。此手工过程与制作3D物品的熔融积淀法(FDM)有相似之处。FDM是用一圈加热的塑料线来制作3D打印物品，其制作工艺与利用挤压黏土制作陶器是完全一致的。
比利时的Unfold工作室3首次开发了挤压黏土的3D工艺，之后乔纳森·基普4和彼得·沃尔特斯5等开始应用，用装有黏土的取代了加热的熔融积淀上端和塑料制品。在3D打印到来之前，多数三维制造过程都是删的。换句话说，就是从一大块材料中雕刻或加工物品。但笔者觉得这种说法相当主观，因为铸造工艺就是一个逐渐添加的过程。要创建模具，必须首先创建正象（或电火花腐蚀中使用的电极），而这个正象通常用删的方法来创建。比如，在电火花腐蚀中，通过电流产生火花来腐蚀金属，其正极凸版必须在石墨或铜中磨碎后才能创建电极。这一点与工程实践直接相关，为理解传统美术工艺中的雕刻和造型提供了便利。雕刻是一种删的过程，如雕刻一块木头或大理石，而造型是一种添加的过程，如制作青铜铸件的头部模型时，需要慢慢添加黏土塑造模型。
回过头来谈谈3D打印的早期历史。2001年，来自美国德州大学奥斯汀分校的约瑟夫·比曼6从地貌成形技术和照相雕塑这两个角度追溯了3D打印从19世纪中期到20世纪70年代的历史。其中，地貌成形技术是指先用线性方式描绘物体的外形，再用线性形式复制出该物体。照相雕塑是指先用相机和镜头获取物体外形，然后模拟照相制版法制造出物体。比曼根据这种技术差异将3D打印的发展主要分为两个方向。一个是用末沉积和分层物体制造的方法进行3D打印，如Z Corp的工艺就与地貌成形技术类似。而另一个（照相雕塑）则强调用光照射液态光敏树脂使之加固，如Objet 3D的打印技术。
比曼的照相雕塑发展路径始于1863年威廉被授予照相雕塑专利之时；地貌成形发展路径始于1890年布兰特尔（Blanther）在专利中“建议使用层叠成形法制作地形起伏图模型”。这种方法是将地形等高线层压到一系列的蜡片中，并根据等高线切割蜡片。
尽管笔者认同这两个发展路径的基本原理，但这两者在时间上有许多交叉重叠的地方。笔者觉得地貌成形路径应起始于19世纪之初，正值蒸汽机发明者詹姆斯·瓦特使用雕塑复印机之时。瓦特从1800年退休至1819年去世，发明了一系列复制雕塑的机器，却从未获取专利。
在伦敦科学博物馆里仍保存着瓦特工作室，从中可以看到这些传世机器。7在笔者看来，这些机器才是比曼所说的地貌成形机器的前身。·切维顿8将雕塑复印机进行了改进，于1884年获得了缩放雕塑的雕塑复印机专利，其作用很像三维缩放仪。切维顿的机器复制品也可以在伦敦科学博物馆里看到。切维顿的机器上装有一个旋转的钻头，用于雕刻缩锋的著名雕塑。1851年，切维顿在世界博览会上展览了其缩放雕刻复印机，“‘提修斯’的雕塑复印”还获得了金奖，该雕塑采用大英博物馆中的埃尔金大理石雕制而成。切维顿的许多雕塑复印品现今仍可以找惮加拿大安大略美术馆就有他的200多件作品。与此同时，法国工程师兼设计师阿希尔·科拉斯9用缩放仪研究出另一种复制雕塑的方法。笔者认为前面提到的这些机器才是数控铣床的前身，而数控铣床是3D打印的前身。
比曼提到的另一条路径与摄影术及其派生物——照相雕塑直接相关。从某种程度上讲，这为我们从艺术角度研究3D打印的历史提供了便利，因为要追溯19世纪早期与摄影相关的3D雕塑创作发展是比较容易的。沃尔特斯和瑟克尔10认为可以在摄影扫描和重建中找到3D打印的起源，比如先前提到的19世纪60年代由弗朗索瓦·威廉11研制的照相雕塑工艺，以及1904年被卡洛·贝斯申请了美国专利的“照相法复制塑料品”。12
威廉把物体放在圆形房间的中心，并沿着房间的圆周摆好了24部照相机。照相之后，威廉把获得的照片轮廓投射到一个屏幕上。艺术家们就是利用这些轮廓以及配有小刀或雕塑工具的缩放仪从圆柱形石膏或黏土中雕刻出半身像来的。因此，可以说那24张照片构建了半身像的外形。这样做成的雕塑还需要细心观察，打磨不平之处使之平滑，然后再涂石膏建模具。威廉的工艺被完好地保存下来，获得了较高的商业价值。他在巴黎的工作室从1863年到1868年一直在运作。13
索别沙克在一篇关于法国照相雕塑的文章中写道：“事实上，威廉的工艺有两个阶段，其中一个早期的工艺被索别沙克称为机械雕刻。”14在与被照物体等距的圆形区域内拍了50张照片，照片被洗出来后将其轮廓单独刻在木头上，然后把木头切成两半，再把每块木头的半剖面图轮廓描绘在单独的锲子上。最后，将所有100个锲子聚在一起构成一个环形半身像。这是切分物体的最早案例之一，与现今3D打印工艺切分物体的方法是完全一致的。这一工艺现存的实例可以在纽约州罗契斯特市的伊士曼柯达博物馆找到。
在美国，卡洛·贝斯建议在威廉的制作工艺中加入重铬酸铵明胶使雕刻品更为柔和，这一应用在福克斯·塔尔博特和沃尔特·伍德伯里的作品中比较成功。贝斯建议把一层层膨胀胶质叠放起来，以便在拍摄头部时制造出浮雕的效果。但并不清楚他是否真正采用了该工艺或将其商业化。但从21世纪的现在和笔者使用重铬酸铵明胶的经验来看，这一工艺并不可行（超出了理论）。因为雕塑家不仅需要处理许多层明胶，而且在添加新叠层时，上一叠层可能已经收缩变硬了。这些技术挑战会使整个工艺既复杂又耗时。但这个想法比较有前瞻性，在贝斯为其工艺申请专利时，必然取得了某些实质性的进展，并因此促成了他在新技术领域的先锋地位。
笔者认为，威廉的方法更像是从地貌成形的角度入手的，而比曼明显是从照相的角度进行的，因为他使用了感光明胶。明胶是一种生物聚合物，是当前3D打印中所需聚合物的前身。如果回顾维多利亚时代早期的摄影术，我们能看到从1839年蒙戈·庞顿发现铬合金硬化材料的性能开始，感光材料就开始发展了。“庞顿发现，浸泡在重铬酸钾中的纸张在日光的照射下会变成棕色，但没有日光照射的部分会从纸张中溶出。”15
如果把庞顿的作品放在沃尔特·伍德伯里发现的照片浮雕工艺（1865）中，并关注这些工艺的发展，直至乔治·卡特利奇开始用陶瓷照相制作浮雕瓷砖（20世纪早期），那么3D打印起源的年代表就能更清晰、更有逻辑。毫无疑问，这些工艺标志着光敏树脂浮雕工艺的诞生，它是现代3D打印的重要部分。
庞顿发现了铬盐的感光特性，但这一发现是建立在威廉·亨利·福克斯·塔尔博特的研究成果基础之上的。1847年，塔尔博特申请了专利，将明胶和重铬酸钾结合使用16。这两人的发现为20世纪所有照相制版印刷工艺奠定了基础，最终导致了现代光敏树脂3D打印的诞生。
这些工艺发展历程中与未来的3D打印更为密切的一点是，1865年，沃尔特·伍德伯里17研发了连续色调的照相浮雕工艺，将一张黑白照片制作得有彩色、有凸面。伍德伯里把一块厚25mm的明胶放到3.5%的重铬酸钾溶液中使明胶感光。如果放在照相底片之下，明胶会随着所给光的强度增加而逐渐变硬。一旦水洗后，明胶就会形成有色调的浮雕——三维“凹凸地形图”，亮区凸出来，暗区凹进去。于是，伍德伯里从明胶上制作了一个浮雕片，然后放在热的半透明明胶墨中，制造出了许多连续色调的印刷。冷却之后，印刷品的色调完全由明胶的深度决定；明胶越厚，印刷品就越暗。尽管这种浮雕很浅，但重要的是，这是历史上次在不使用任何转换工艺的情况下，将一张照片直接转换成三维立体表面。
结果是惊人的。 的例子可能是约翰·汤普森1877年制作的“伦敦街头生活”，18这也是最早的社会纪实摄影之一。但其制作工序存在一些问题，在整个过程中，需要技术娴熟的人制作浮雕片、印刷图片，而且由于印刷时压力过大，热明胶液从浮雕片两侧喷射出来，导致必须把印刷图片剪下来，用手粘贴到出版物上。所以，即使该工艺能印刷出高质量的图片，也显然不会被纳入大规模的商业生产中。
60年以后，到了20世纪30年代，工业陶艺家沃尔特·福特所在的时代。福特来自美国俄亥俄州的福特陶艺公。福特在沃尔特·伍德伯里明胶工艺的基础上，成功创制了浅浮雕陶瓷模具。福特并没有制作浮雕片，而是用感光明胶版制作了一个石膏模具，并浇铸模具制成陶瓷浮雕瓷砖，在“素烧坯”闪光时，加入半透明釉，以此制造了照相色调浮雕。当釉汇集在凹区时变厚，形成暗色调，凸区釉料很薄，两者组合在一起产生了摄影中的强光效果。福特在1936年因这项工艺获得了专利。19重要的是福特用永久性材料创造了有形浮雕照片影像，不需要手工艺者将影像制作成成品。20
福特的工艺直接从乔治·卡特利奇的创造中衍生而来。在19世纪80年代到20世纪初，卡特利奇创造了陶瓷照相浮雕瓷砖。色调的范围由浮雕的高度来决定，亮区高、暗区低。一旦采用了半透明釉，瓷砖会表现出典型的摄影特点，色调由瓷砖浮雕的高度决定，呈现大量的暗区和微小色调区别的亮区。由于这些瓷砖主要为舍温和科顿公制造，人们普遍认为它们是“福特瓷砖”的前身。21从笔者与卡特利奇外甥之间的交谈，以及布里斯托尔CFPR在2003—2006年的研究，可以确定这些瓷砖是用蜡从照相底片中雕刻出来的，与同一时期在法国利摩日制造的照相隐雕瓷器使用的方法相同。22之所以把福特放在卡特利奇之前讲，是因为福特的照相制版法是直接从伍德伯里衍生而来的。尽管从属性和外观来看，卡特利奇瓷砖都像是用照相制版法制成的，但事实上全都是其亲手绘制的。显然，这些瓷砖影响了福特以及他后来的陶瓷照相作品。了解这些工艺法后，我们现在有了直接转录照相工艺的基础，并通过这些工艺制作出具有照片真实感的三维物体。
再回来谈谈地貌形成路径。20世纪50年代，伦敦雕塑家乔治·麦克唐纳·里德用陆军地图制作机器将威廉的工艺进行了延伸，制造出了一系列的半身雕像。里德的工艺将手、摄影和改装车床结合起来。为了制作3D模型，里德还绘制了曲面轮廓，这一点与威廉的工艺法常类似。
为了获取资料，将物体摆放到一张旋转椅上，给物体拍摄300张侧面照。然后将照片转录到一张侧影图上，用石膏加工切削成型。两部“代新闻”的电影展示了整个工艺流程。其中一部是1957年的《雕刻机器人》，讲述的是丹麦女演员里尔莫尔·克努森23头部雕塑的创作过程，另一部是1963年的《即时雕塑》，讲述的是赛车手格拉汉姆·希尔的故事。24从这两部电影可以看出，麦克唐纳·里德在相隔6年的时间里，在雕塑制作工艺流程上做了不少改进。
(咨询特价)年，奥托·芒兹申请了一个专利，该专利比多数3D打印技术早30年，25但比曼认为这项专利清楚显示了摄影和现有技术之间的关联。在专利中，芒兹假定了一种“照相凹版记录”的概念：
在透明介质悬浮中有一层卤化银照相乳剂，在曝光层预定的焦点上进行一定的辐射处理，在显影和定影层中加入照相乳剂，在上述的照相乳剂层加入另外一层未曝光的照相乳剂，再将上述未曝光的照相乳剂层放到上述被辐射处理的焦点上，继续这一循环。循环的次数由记录的第三次强度决定。
简单点说，他建议依次曝光一层照相乳剂，每次通过光照使之变硬，以此来制造3D物体。他将待曝光的照相图片用感光聚合树脂处理，图片在曝光后硬化。这一技术打破了伍德伯里照相印版法、贝斯制作工艺以及目前3D打印增材技术之间的鸿沟。Objet和Envision公技术（在第2章中概述）正是使用了这一技术。
直到20世纪60年代，光敏树脂乳剂才开始在印刷业广泛使用，尤其是柔性版印刷工艺变得越发广泛。26最开始这一工艺被称为“阿尼林印刷”，在1952年，被改名为“柔版印刷”。这是当前使用最广泛的印刷工艺之一，所有与装相关的东西都是由“柔版印刷”打印出来的，括牛奶瓶、麦片装以及冰箱中的所有盒子等。这些都是伍德伯里照相印版、凹版印刷等感光明胶工艺的直接产物。现在使用的感光乳剂有许多品种，可以制造出不同大小的印刷版，从几英寸厚到薄薄的滚轮都有。由于版的构成不同，变硬后产生的印刷版从极薄到极厚的都有。这种感光聚合乳剂的化学过程正是3D打印工业的基础，让照相聚合塑料通过曝光变硬来制作物体。
然而，任何工艺的发展历史都不可能是直线的。因此，要了解3D打印的历史一定要追溯与之相关的其他历史或时间表才行。大多数技术的发展与该领域其他技术的发展是既独立又密不可分的，比如感光聚合乳剂和摄影的发展都与3D打印相关。但我们还需要考陇程技术的发展，特别是数控铣床（CNC）以及计算机辅助（CAD）技术。
如果从工程的角度来看待3D打印的发展，3D打印是数控铣床的直接产物。数控铣床按照翻译到文件中的数字数据去除固体砌块制造物体。20世纪40年代，这一技术研发出来，最先研发出数控部分的是一位美国的工程机械师兼推销员约翰·帕森斯。20世纪五六十年代，这一工艺继续发展。27至20世纪70年代，随着电脑和CNC机器的价格大幅下降，CNC迅速成为工业制造流程的基石。随着CNC的发展，CAD技术也自然而然地出现了，因为与在其他许多领域的使用一样，CAD技术将制图者或设计师与机器分离开来。很难向专业人士解释为什么CNC机床能在三轴、四轴和五轴联动数控铣床中运用得如此广泛。可能的解释就是，如果你想购买机器部件或一整部机器，不论是金属还是塑料的，如果不是通过CNC机床制造，那么构成这一部件或机器的模具一定是通过CNC机床制造的。
首先，笔者来简述一下铣削是什么。铣削是一个削的过程。从本质上讲，是指从一大块材料中钻取物体的过程。从历史上讲，还括把一块木头或金属水平地安放在机床上，接着木头或金属旋转起来，然后用凿子或切削工具在旋转的物体上进行切削。机床最常见的应用就是传统圆椅腿，从一块矩形木头中切削出来。
接着，铣技术的发展进入铣床阶段。物体可以水平或垂直地被安放在机床上。重要的是，在铣床上，旋转起来的不是物体本身而是切削工具。在这个过程中使用的是钻子或镂铣机作为旋转工具来切削物体。
铣技术进一步的发展是钻子或镂铣机可以前后、水平或垂直地移动。随着20世纪70年代个人电脑的出现，切削工具的切割路径不再需要操作员进行现场控制，可以通过电脑程序来控制，因而进入了数控阶段。
多年来，艺术家一直运用数控铣床进行工作。数控铣床的影响也扩大到了激光切割、镂铣（本书中，笔者将镂铣机定义成一种可以在二维或三维中进行短轴铣削的机器）以及3D打印领域。
随着CAD程序的引进，人们很难将使用数控作为创作手法的艺术从业者与使用早期形式3D打印的艺术从业者区分看待。因为这两种创作方法使用的是同一数字文件，两种手法也有交叉的地方。在3D打印发展初期，艺术家们倾向于两种手法都使用。现今很多艺术家仍然如此。
在笔者看来，现存最早的数字打印艺术品出现于1976年，来自艺术家理查德·汉密尔顿的“重塑五个轮胎”。在开启艺术生涯之前，理查德·汉密尔顿是一名工程绘图员，这一工作背景在其艺术生涯中起到了重要作用，从担架上的铝制接头到“五个轮胎”及其所热爱的数字技术都与其工程绘图背景有关。汉密尔顿是早期使用“宽泰绘图和哈里”（电脑成像设计系统）的人之一。在2003—2010年期间，笔者和汉密尔顿在私下有过交谈。他向笔者阐述了自己如何在20世纪60年代制作了“五个废弃轮胎”的珂罗版印刷，但他发现用工程制图的方法制作物品太慢了。于是，1966年他印刷了一个珂罗版印刷品后，便放弃了这一项目。28 1976年，他发现可以用电脑生成数控文件来定制铜版的路线，形成一个硅胶材料的模具。这一发现导致2.5维印刷被用来制作一盒装七个印刷品系列，最终形成了“重塑五个轮胎”系列。我们不太清楚他是如何找到电脑程序设计员的。2007年和他交谈时，他说是在麻省理工学院的帮助下创建的数控文件。但是艺术与人文研究理事会（AHRC）的网站上写道：29
当一位美国经销商想找一名精于用电脑绘制透视图的程序员时，这一项目复活了。凯耶仪器（Kaye Instruments）的斯瑞尔·采用一种叫CAPER（计算机辅助透视）的FORTRAN程序用电脑绘制了透视图。之后，斯图加特的弗兰克·基歇尔进行了丝网印刷，住他隔壁的斯克里伯进行了珂罗版印刷。
笔者认为，3D铜版及轮压硅胶模型是最早有名的功能性3D艺术品。汉密尔顿制作了75盒装七个印刷品以及单个版本、只括胶印花的75盒装。重要的是，这两种印刷版本的工艺流程是完全由图片决定的。电脑和数控铣床路径帮助汉密尔顿获得了他想要的结果，这一结果在当时是用任何其他方法无法取得的。毫无疑问，其他艺术家也在同一时期开始使用数控技术从数字文件中创作作品。最早的是俄亥俄州立大学艺术系的查尔斯·苏黎，1968年，他创作了“Ridges Over Time”以及“雕塑绘图”。作为一个在国际图形年会（有成上的计算机专家参加，是视觉数字艺术创新的标准）上不停有早期数字作品展览的艺术家，苏黎提到了SIGGPRAPH对他的献词：“这一作品的表面是用贝塞尔函数生成，接着用电脑程序生成穿孔纸带来显示坐标数据。作品还对三轴连续路径、数控铣床进行说明。”用苏黎的话说：“尽管这个装置能生成光滑的表面，但我觉得留下刀痕的路径更好。”30近来，使用数控铣床的艺术实践可能是安东尼·葛姆雷的“科尔”，这一作品是在伦敦城市大学的“城市作品”（制造和数字技术工作室）制作而成。
此处引用《德泽恩》（De Zeen）杂志关于制作“科尔”的介绍：31
安东尼·葛姆雷首次使用数字制造来制作男性具象雕塑。该工艺如果像之前一样纯手工制作，需要三周才能完成。但使用数字技术不仅快，还能获得一个更为精准的模型。这一令人惊叹的铁质雕塑是在造型泡沫塑料上用电脑数控规划路径，然后用铁铸型，最后通过手工完成。该雕塑被在一道横梁上，横梁旁边是用来制造该雕塑的数控铣床。整个雕塑被放在市中心雄伟的机械大厅里。葛姆雷说：“目的是想看看这个雕塑是否会被再次说成是泡状模型，即紧密的多边形细胞，彻底将解剖学问题转变成几何学。”
历年来，许多艺术家都开始使用数控技术生成图像，但很少涉及3D打印。直到1986年，32台打印机3D系统立体平版印刷机SLA1的出现，艺术家才真正开始将3D文件转变成3D添加法印刷物体。艺术家在该打印机出现三年后开始使用3D打印技术，到20世纪80年代，3D打印技术才真正迎来属于自己的发展。20世纪90年代，艺术家和快速成型之间建立起紧密，这十年标志着两者关系的诞生。然而，许多艺术家并入大学学术研究文化之中，这让他们有资源和能力来使用新研制的昂贵研究工具。但人们必须记住这是一种新型制作技术。
直到近些年来，艾里斯·范·荷本33和内里·奥克斯曼34等著名的艺术家和设计师才开始将3D打印物品加入艺术实践中，并将它瞄为物质成果必不可少的一部分。2012年，介导物质研究组主任兼MIT媒体实验室媒体艺术与科学系助理教授内里·奥克斯曼受巴黎蓬皮杜艺术中心的委托，举行了一场全新的展览会。“虚构体：那些不存在的神话”展览含18件艺术品，打破了3D打印技术与Objet公（用该公的Connex使用3D打印制作出全部艺术品，并为此次展览提供了赞助支持）高级研发之间的界限。艾里斯·范·荷本是一名荷兰时尚设计师，因其漂亮的3D打印服装而出名，于2007年创建了自己的品牌。起初她在纳姆艺术学校学习艺术，接着在世界著名的伦敦时尚设计师亚历山大·麦克奎恩以及广受欢迎的荷兰设计师克劳迪·荣斯特拉处实习。艾里斯·范·荷本最近刚举办了第二场全是3D打印服装的时装秀。2012年7月，“混合整体”(Hybrid Holism)出现在高级定制时装周。这一3D打印女装由荷本和茱莉亚·克尔纳为时装周合作完成，由专业3D打印机构“iMaterialise”打印。
笔者个人认为，在研究工艺的历史时，导致现存工艺出现的初期发展总能引人思考。真正的发展也往往起始于个现存的工艺。在阐述推动商业机器发展的工艺时，必须把例现存的研究机器与例现存的商业机器分开。即豪斯霍尔德和郝伯特制作的台研究机器能进行3D印刷，但其工艺却不能重复试验；而台商业机器则一定有持续产出的效果。在检查现存的商业机器或讨论艺术家如何利用技术之前，我们必须先考察台研究机器的历史。
在一篇名为“低成本3D打印的知识产权启示”（艾德里安·鲍耶等）的文章中，假设个提出申请3D快速成型工艺专利的是温·凯利·斯文森，其申请的理由是“用激光在液态单体的表面生成一个共价交联，把放在托盘上待加工的物体放在该单体的表面，发现物体一点点逐渐落入桶中”。尽管这种机器从未真正制成，但这一工艺促使了3D系统制作立体平版印刷机的发展。进一步的发展（据布雷拉35和比曼所说）还括1981年名古屋市研究机构的木灵秀夫专利，36以及3M公的郝伯特专利，37这两者均使用激光在液体高分子中交联感光聚合溶液。在选择性激光烧结（金属烧结和尼龙烧结的基础）方面另一重大研究工艺由奥斯汀得克萨斯大学卡尔·德卡德教授在20世纪80年代中期研制并申请了专利。38在美国国防部高级研究计划局（DARPA）提供赞助以及约瑟夫·比曼和戴夫·布雷拉的合作下，德卡德研制出一种制造工艺，让状材料在激光束照射下一层层熔化。1979年，豪斯霍尔德获得了一项类似工艺的专利，但没有将其商业化。除了1981年豪斯霍尔德申请的专利中次描述了激光熔融末3D打印系统，以及比曼等人编写的《固体自由成型制造》一书进行了简单描述之外，很难找到关于这一工艺的其他信息。39但至关重要的一点是，比曼在《固体自由成型制造》中说道，这些机器事实上都能制造部件。
再来谈谈商业机器。毫无疑问，台现存的商业机器SLA1是用3D系统制造的，查尔斯·赫尔于1986年获得该机器的专利。这一机器在液体的表面使用激光一层层交联液态光敏树脂。40
这一工艺与1976年斯温森专利相似的一点是，都只使用了一束激光。在一个盛有液态光敏树脂的容器中，让底版慢慢降下来浸入液体中，激光照射时，物体一层层变硬。与之前的古登堡等一样，赫尔的贡献是将工艺所需的所有素都放在一起运作。因此，查尔斯·赫尔的另一个重大贡献就殊固化文件格式——现今3D打印文件转录的基础。正是文件转录和打印的结合才使3D打印成了创新性技术。
艺术家首个现存的3D打印品是20世纪90年代用光固化机制成。笔者发现的最早的作品是1989年藤幡正树创作的“禁果”。正树41是东京艺术大学教授，与他通信后，他对于首个3D打印作品的起源有如下描述：
“80年代后期，我开始使用电脑制作雕塑。我在1987年和1989年举办过两次展览活动。1987年的展览名为‘几何学的爱’，使用数控铣床制成。1989年的‘禁果’则采用所谓的立体平版印刷技术。”
笔者能找到的另一件最早的3D打印艺术品是美国艺术家彼得·特雷扎基斯421992年创作的“火烧人”。在近期与彼得的中，他说道：

我对3D打印之所以感兴趣，最初源于我对电镀时金属离子中原子移动的兴趣，在语法学校学习迈克尔·法拉利的实验时才真正开始了解3D打印。在成年时期，我开始进行电铸实验。随着个人电脑和CAD设计软件的出现，我开始使用切削机器来创作作品。1993年，我开始在纽约视觉艺术大学教授被我称为“数字雕塑”的课程。几年后，我给纽约市许多机构举办了CAD（及新出来的CAM计算机辅助制造）讲座。

这些3D打印视觉艺术行业的领导者源自一群艺术家。其中比较有名的是来自亚利桑那州立大学的丹·柯林斯。丹管理着PRISM 实验室，这家实验室主要研究跨领域的3D建模和快速成型。1994年，他创作了一个3D打印作品“多个头部”，43其使用工艺的过程如下：

20世纪90年代，我开始使用数字输出技术。1993年，我在亚利桑那州斯科茨代尔的丽莎·塞特美术馆举办了一次名为“数字修辞”的展览。在此一年前，我进行了3D激光扫描头部转换试验。那是我次展览作品，展览的雕塑都是使用数控铣床“削”出来的。一两年后，随着数控铣床等技术让人负担得起且便利可得，快速成型技术时代开始到来。1996年，我在亚利桑那州立大学设立了PRISM（空间模型合作研究）实验室。该实验室拥有最早的3D打印机（快速成型机）之一，使用BETA喷墨滴技术进行打印。一年后，我们拿到了使用熔融沉积成型的Stratasys打印机。
(咨询特价)年，法国艺术家克里斯蒂安·拉维妮创作了法国件立体平版印刷作品，在同一时期，她与亚历山大·维特凯恩以及美国视觉艺术家玛丽·维萨共同成立了“Ars Mathmatetica”组织。44拉维妮介绍了“Ars Mathmatetica”的起源：

“‘Ars Mathmatetica’创建于20年前，是一家营利组织。‘数字雕塑’这一全新领域的许多艺术家和技术，我们都一一知晓。1993年，我们在巴黎综合理工学院举办了全球首个计算机雕塑展览，后来这一展览变成了两年一次的定期雕塑展览。就个人而言，我从20世纪80年代初期开始使用计算机进行艺术创作，1985年次使用了数控机床。1994年，在巴黎中央理工大学和法国快速成型协会的协助下，我完成了首个数字雕塑作品。起初，‘宇宙之歌’这一雕塑准备在1990年使用快速成型工艺来创作，这一工艺是由让·克洛德·安德烈在南希发明。我们要知道的一点是，立体平版印刷工艺首先在法国发明同时获得专利，然后才在美国运用。”

玛丽·维萨教授在得克萨斯州乔治城的西南大学教雕塑和计算机成像课程。在20世纪80年代早期，她为布朗研讨会挑选作品举办了国家数字艺术展览。维萨在1992年因快速成型工艺获得了芒迪奖学金，并与亚利桑那州立大学的PRISM实验室完成了实体建模合作。2003年，她成了快速成型雕塑展览的策展人之一。最近，她获得了卡伦补助金，与Accelerated技术合作，将她的雕塑作品使用聚碳酸酯和青铜材料，利用快速成型技术进行大规模生产。
早期重要的艺术领导者还括亚历山大·维特凯恩、斯图尔特·迪克森、新泽西威廉帕特森大学雕塑和数字媒体副教授迈克尔·里斯以及英国曼彻斯特城市大学雕塑和数字技术教授凯斯·布朗（见第4章案例研究）。这些艺术家是笔者在研究书中的课题时发现的早期领导者。如果有任何遗漏，请见谅。笔者觉得没必要把那些填补20世纪90年代至2012年技术空白的艺术家一一列出来，这与本书也没多大。如果一一列出，可能有好几位，还会被认为主观性太强。笔者觉得书中的这些案例研究、通信和采访已经填补了这些年的空白，也提供了一些背景信息。
我们现处在21世纪的第二个十年里。毫无疑问，3D打印已在视觉艺术领域获得了更为广泛的运用。如今，人们主要依据学科的不同采用不同的方式使用着这些工艺，也有较少一部分人依据对技术的了解而采取不同的方式。根据笔者对于许多艺术家、制造商、设计师以及动画师的采访，笔者发现虽然他们对技术有着独特的视角，但有一个共同点：他们大都认为当前的技术无法制造出满足他们期望的材料属性的物品，许多人甚至认为满足其需求的材料还没有诞生。
越来越多的艺术家和设计师对已取得的成果感到满意。在设计领域，有Freedom of Creation设计室在制造和销售尼龙与碳纤维打印的家具；有马里安·福勒斯特制造和销售用钛合金打印的手表；乔纳森·基普用自己设计的3D打印工具打印陶瓷；雕塑家汤姆·洛马克斯展览和售卖彩色的石膏雕塑。在过去的十年里，3D打印技术取得了飞快的进展，在未来的十年里，3D打印必将创造新的历史，取得新的发展。

作者介绍

作者：（英国）史蒂芬·霍斯金斯（Stephen Hoskins） 译者：梅铁铮

史蒂芬·霍斯金斯（Stephen Hoskins），惠普公精细打印研究专家兼英国布里斯托尔市两英格兰大学精细打印研究中心（CFPR）主任。
梅铁铮，加拿大籍华人，毕业于加拿大滑铁卢大学，2010年后回国投资3D科技类创新项目，先后与、强氧科技等机构合作开发3D可视化及计算机虚拟技术。现主持与中央美院合作建立的3D打印艺术应用平台。