【南极熊-3D打印文化】3D打印技术之父：Charles W. Hull

3D打印技术之父：Charles W. Hull

查尔斯·胡尔（Charles W. Hull，也有人称他为Chunk Hull）于1939年5月12日出生于科罗拉多州的克里夫顿市，他毕业于科罗拉多州的大章克申中心高中学校，于1961年从科罗拉多大学获得工程物理学学士学位。

1983年，胡尔在紫外线设备生产商UVP公司（Ultraviolet Products）担任副总裁，这家公司利用紫外光来硬化家具和纸制品表面的涂层。胡尔每天在公司里拨弄着各种各样的紫外线灯，看着那些原本是液态的树脂一碰到紫外线就凝固的过程。某一天他突然意识到，如果能够让紫外线一层一层地扫在光敏聚合物的表面上，使其一层一层地变成固体，将这成百上千的薄层叠加在一起，他就能够制造任何可以想象的三维物体了。

1984年7月16号，三名法国人，Alain Le Méhauté，Olivier de Witte和Jean Claude André抢先尝试注册SLA的专利，然而遭到了法国通用电气公司和CILAS（激光联合会）的拒绝，理由是“缺乏商业应用价值”。三周后，以胡尔为发明人，UVP公司申请了世界上第一件SLA专利。

1986年3月11日，胡尔获得专利授权，专利号为US4575330A。他在题为“Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects byStereolithography”的专利里面发明了术语“stereolithography”，简称SLA，也就是后来的立体光固化技术——即利用紫外线催化光敏树脂，层层堆叠然后成型。

图1为Chuck Hull发明的SLA的工作原理示意图。高级工程制图软件将物体的计算机模型切片成数千个数字横截面，然后将数据发送到SLA打印设备。树脂槽21中装满光敏树脂液体。打印平台29浸没在树脂中，与树脂液面23保持一段距离（该距离即下层需要打印的层高）。激光26（一般为紫外光）从上方照射在光敏树脂的液面上。激光在振镜的反射下，按照程序画出每层图案。随着激光的照射，光敏树脂完成固化。打印平台29由软件控制向下移动一段距离（该距离即下层需要打印的层高）。光敏树脂流动直到覆盖已打印的这层（如果光敏树脂黏度较大，流动性较差，需要刮刀帮助涂覆这一层）。然后将该步骤不断重复，直到完成整个物品的打印。

图1，胡尔的SLA工作原理示意图

在美国公司工作的专利最终是属于公司的，但是胡尔的老板没有更多的能力来支持开发这门新技术。于是，胡尔从UVP公司离开，开始自立门户，于1986年在加利福尼亚州成立了3D Systems公司（现今全球最大的两家3D打印设备生产商之一），致力于将SLA技术商业化。1988年，3DSystems公司生产出了第一台其自主研发的3D打印机SLA-250，体型非常庞大，用的材料是光学照相用的丙烯酸树脂。SLA-250的面世成为了3D打印技术发展史上的一个里程碑事件，其设计思想和风格几乎影响了后续所有的3D打印设备。但受限于当时的工艺条件，其体型十分庞大，有效打印空间却非常狭窄。

图2，胡尔发明的第一台光固化3D打印机SLA-250

1990年，3D Systems从UVP公司购回了US4575330A专利。胡尔意识到他的技术概念不仅仅限于液体，在重新提交的专利中，特别强调了任何“能够固化的材料”或“能够改变其物理状态的材料”都可以实现SLA技术。1988年，3D Systems卖出了第一台基于SLA技术的3D打印机，此后的几十年中推出了各种型号的3D打印机，包括适合办公室和家用的桌面级以及适合工厂应用的工业机。公司注册地为美国特拉华州，于20世纪90年代初期在美国纳斯达克上市，2011年公司转板至纽交所。

经过几十年的发展，3D Systems拥有近千项专利。在胡尔注册的所有专利中，涵盖了当今3D打印技术诸多基本的技术方法，例如利用三角模型（STL文件格式）进行切片数据准备，以及交替曝光策略等。如今3D Systems公司发明的3D打印机已经进入无数的工业和商业用途，医疗行业利用3D Systems打印设备制造的患者下颌骨或面部结构模型，汽车安全公司用3DSystems的技术生产碰撞试假机器人，手表行业用3D Systems技术进行原型评估和人体工程学设计。各行各业都在享受着3D Systems的3D打印技术为世界带来的改变。

在1984年的时候，胡尔可能根本没有意识到，他的快速制造专利在30多年后能够如此普及。2014年胡尔被提名欧洲发明家奖，该奖项荣誉颁发给为人类科技发展做出卓越贡献的个人和团队。同年，胡尔被评选为美国发明家名人堂（NIHOF），这也意味着胡尔步入亨利·福特和史蒂夫·乔布斯等名人之列，成为了为人类产生持久贡献的发明家。

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