前言  6    

引言  10  

1

視覺藝術的3D打印歷史  18

2

當前各種3D打印技術的概述、成果及未來發展  50   

3

手工藝品和手工藝者  80    

案例研究：喬納森.基普  90

案例研究：瑪麗安.佛利斯特  96

案例研究：邁克爾.伊甸  104

4  

美術  114 

案例研究：凱斯.布朗  124  

案例研究：湯姆.洛馬克斯  135

5  

設計和設計師：當代設計師案例研究  142 

案例研究：阿薩.阿叔奇  151

案例研究：萊昂內爾.迪安博士  158

案例研究：彼得.沃爾特斯博士  170

6

3D打印的公眾形像及其在藝術層面的發展前景：動畫家、黑客空間、極客及時裝設計師  176

時裝  180

動畫  181

開源硬件社區  185

結論  198

詞彙表  202 

訪談問卷  206

引言

    這本書對於來自藝術、工業和自然科學領域的專業學者與3D打印用戶有著重要意義。該書的目標讀者是藝術家、設計師和來自文化創意產業的人，但也應引起熱衷新興科學技術發展的普通讀者的關注。

    在過去一年裡，BBC廣播和電視、《紐約時報》、《電訊報》、《衛報》、《獨立報》以及《經濟學家》上有許多關於3D打印的概括性介紹。此外，《連線》等雜志也發表了一些關於3D打印的專業文章。在3D打印產業方面，TCT專家雜志和快速原型制造期刊都報道了3D打印在工程和醫學方面的應用。此外，大量網站開始服務於使用低成本3D打印的“maker”社區，包括一些處理數字雕塑和藝術品快速成型的專業網站（如www.additive3D.com）。然而，迄今為止還沒有刊物或書籍來詳細介紹這一創新型產業是如何對接和使用3D打印技術的。

    從全球範圍來看，許多大學和研究機構將3D打印作為一種增材制造過程來開發和使用，他們大都相信這項技術能帶來重大突破。他們的研究目標是將這項技術從快速成型領域轉到快速制造領域，從生產某一部件的塑料復制品到生產整個工作部件。目前已使用3D打印生產出了完整的尼龍自行車、金銀首飾和鈦合金牙。筆者所在的研究團隊[位於布裡斯托爾的西英格蘭大學“精細打印研究中心”（CFPR）]在三維打印陶瓷制品方面處於領先地位，使用3D打印工藝生產了大量的杯、碟、碗和雕塑。

從更廣的範圍來看，目前微觀裝備實驗室（Fab Labs）的數量劇增。從上次的統計數據來看，全球有57個Fab Labs，同時每月有3個新實驗室設立起來。這種實驗室是使用高科技數字制造，可以基於3D打印的社區平臺。另一個現像是Tech Shops的興起，已成為實驗室的商業替代品；黑客空間也為科技極客們提供進行學習、社交和項目合作的場所。所有這些平臺都在向越來越多的用戶傳遞3D打印的觀念，而用戶也期待能將這一技術運用到日常生活中去。 

在本書中，筆者旨在說明3D打印現已成為藝術實踐不可分割的一部分。筆者有兩個明確的目標：，向藝術類讀者介紹3D打印工藝的潛能；第二，闡明3D打印工藝的發展順序以及與視覺藝術相關的歷史和大事件。筆者想要通過大量從業者案例，從客觀上說明這些新工藝是如何應用的，並闡述從業者是怎樣在不同的實踐經歷中創造出值得學習的新方法。

    有人可能會認為新工藝一旦有了許多新名字，就會被用來獲取資本、贏得聲譽。3D打印目前正處於這一階段，其別名包括：自由成型制造、快速制造、增材制造（ALM）、選擇性激光燒結（SLS）、立體平版印刷（STL）、快速原型制造（RP）以及熔融積澱成型（FDM）。

人們對於新工藝在文化認同上的變化往往可以追溯到一件細小的事情上來。盡管該事件在當時顯得微不足道，但回想起來，卻發現其像征著人們觀念的轉變。筆者覺得，克裡斯·安德森1在《連線》雜志上發表的一篇名為《原子將成為下一場工業革命的新鑽頭》的專題文章預示著人們觀念的轉變。在這篇文章發表後，筆者認識到制造業將發生根本性改變。

    文中洞察力的評論可能是：“用一句話來概括這二十年的歷史吧。如果前十年是在網絡上探索後制度模式，那接下來的十年將會是把這些模式運用到現實世界中。”但是安德森所說的更多是關於社交媒體的影響、社會如何共同解決問題以及這種共同解決問題的方法如何在網絡之外加以實施。

文章還繼續介紹了一些受3D打印啟發的新工作方式，如眾包車、 Fab Labs以及Tech Shops等。人們在現實生活中對數字技術的運用展現了他們對3D打印之狂熱。隻要輕觸按鈕，就能把電腦上設計的虛擬物件用真實材料打印出來，這一前景不僅誘人，而且充滿了未來主義色彩。但事實是，目前還遠遠達不到這一水平，至少在近幾年是不可能的。在寫此書之時，在增材制造領域接近真實成品真實度質量比的是激光燒結的鈦、鋼和尼龍。在視覺藝術領域，有兩個研究項目明確闡述了真實材料的新方向，分別是庫克森和伯明翰中央英格蘭大學珠寶創新中心聯合打印黃金和貴重金屬，以及筆者所在的研究團隊（位於布裡斯托爾的西英格蘭大學）用3D打印制作陶瓷。所有這些工藝品從打印機出來後都需要清洗和進一步加工處理。作為3D打印的愛好者和倡導者，筆者可以坦率地說，目前還沒有工藝可以完全滿足用戶所需。

    從長期的發展來看，這些工藝肯定能創造出克裡斯·安德森所說的顛覆性技術。3D打印的顛覆性後果可能會與網絡通信逐漸取代傳統的報紙印刷行業類似。但這一取代需要時間。從初引進計算機排版開始，打印和通信的革新持續了近30年的時間。20世紀80年代早期，沃平與默多克的爭端就證明了這一點。印刷業工會就裁員問題與管理層產生糾紛，因為記者可直接通過電腦打印副本，打印頁面也可以在電腦屏幕上編排，完全不需要專門的排字工人。此後，排字工人、制版機以及復印術都不再需要了。這種改變的催化劑是桌面排版軟件的出現，如20世紀80年代末期為蘋果電腦設計的奧爾德斯專業排版軟件。另一種催化劑是家用電腦的普及和20世紀90年代因特網的廣泛使用。這些變革還導致了近幾年來智能手機和應用程序的使用，讓消費者不僅可以在手機或iPad上閱讀新聞，還可以用不同的方式獲得新聞，而且閱讀過程不需要任何實體，讀完後也不需要扔掉。所有這些進步和發展都源於數字技術的發展，但也導致了傳統報業的逐漸衰退。

如果我們認為3D打印與網絡通信的顛覆路徑相同，那麼現在3D打印還未進入“wapping”階段。筆者接觸3D打印的時間不算早，大約在2005年，那時商業機器已經投入市場近20年了，沒有任何行業將3D打印作為主要的制造工藝，但在某些實例中卻可以看到這一技術正被逐漸納入實際應用。現在，3D打印技術被應用於制造航空航天器的鈦合金部件，這些部件有復雜的氣流通道，卻沒有任何鑄造接縫，3D打印的部件增加了空間容量和制冷量。在F1賽車中，3D打印被用來為私家車和司機量身打造特定部件，這些部件大都是一次性的，且制造費用翻倍。牙科行業還廣泛使用3D打印來制造義齒，這些義齒是單獨定制的，可以從一臺3D打印機中一起打印出來。

後，3D打印開始逐漸運用到外科手術中，如整形外科中的斷層掃描能轉換成3D打印的斷層副本，便於外科醫生弄懂手術該如何進行。尤其在醫療管制不太嚴格的獸醫外科方面能起到較大作用。但目前都沒有進行大規模制造，在接下來的幾年裡可能會有較大的應用。

許多人認為便宜的家用打印機（如RapMan、MakerBot、Cubify及Fab at home）會對3D打印的未來產生影響，讓人們很難將其作為一種技術來看待。這些打印機的使用確實對3D打印的傳播起到了作用，但卻將其描述得天花亂墜。一些暢銷書如科利·多克托羅的Maker（見178頁），書中的主角使用3D打印機和“黏稠物”（理論上指的是環氧樹脂材料）制造了從遊樂場的旋轉木馬到電子部件等幾乎所有東西！當然，所有這些宣傳都是有益的。

3D打印的未來可能存在於黑客空間和“創客”與“極客”這些社區中，他們可以利用網絡和開放源代碼社區來擴展DIY 3D打印的潛能。

想要預測未來總是很難的，但筆者覺得3D打印可能會朝著不同的方面進行發展。3D打印這一制造金屬部件的高端行業還將繼續高端下去，主要被大型工業制造商用於生產價值幾十萬英鎊的高科技機器上的高級零件。這些高科技機器會變得越來越專業，在特定領域能生產出某些超高質量的部件。

筆者覺得在過渡時期，3D打印的中間地帶會被Shapeways、Sculptyo 和Imaterialise (參見第2章)這些服務平臺占據。你可以在這些服務平臺的網站上訂購所需的部件，就像在亞馬遜網上訂購物品一樣。訂購後部件會被打印出來，完工後再派送給你。服務平臺一邊大規模地為顧客定制打印部件，一邊控制其規模，減少入庫、運輸和存儲的需求，真正做到了滿足顧客的及時需求。筆者覺得這是發展前景廣闊的一部分，因為許多產品都是這樣制造出來並派送給顧客的，但顧客幾乎都不知道這些都是3D打印的成果。回到數字打印模擬這一塊，這種制造方法叫作“按需打印”，就像當前一些書籍制作網站如路路（Lulu）、布勒（Blurb）或亞馬遜等都是在收到訂單後纔開始打印和裝訂圖書的。因此，盡管書籍是在大容量的大型機器上進行生產的，也隻是一小段連續的打印過程。

可以設想一下，在3D打印的“低端”市場上，便宜的打印機充斥著玩具、業餘愛好者和學校等市場，就像20世紀中期的“麥卡諾”一樣。MakerBot打印機將不可避免地用於制造高質量的教育工具，或是制作可回收材料做的昂貴玩具。但這些打印機真的能長期制造除了食物之外的物品嗎？筆者對此持保留意見。事實上，在便宜的熔融積澱成型(FDM)機器噴頭上已經可以打印出可食用的巧克力和糖粉了。   

那麼，3D打印技術是如何運用到藝術創作中的呢？這一技術對藝術的影響是慢慢發展起來的。隨著3D打印的入門學習變得更為容易，價格也更為合理，越來越多的從業者開始慢慢加入了早期使用者的行列，這些早期使用者還包括設計領域的阿薩·阿叔奇和視覺藝術領域的凱斯·布朗等。隨著更多的藝術家和創意人員開始使用3D打印，這一技術也必將變得更為主流。但此時此刻，大多數使用者關心的隻是這一技術本身，而不是運用該技術所能創造的物件。盡管藝術家很少引領新技術的發展，但某些資深的藝術家正開始打破這一技術的局限，將其運用到更新、更有趣的領域。從這時起，3D打印技術纔真正變得更主流、更實用，而不是僅僅制造一些技術類的人工制品。

筆者確信3D打印技術有潛力打破藝術和科學的界限，這一觀點初由查爾斯·珀西·斯諾在20世紀50年代提出。2  斯諾解釋道，從歷史上講藝術和科學並非是完全分開的領域，但到20世紀50年代時，它們成了兩種完全不同的哲學體繫。近年來，多數人試圖在藝術和工業之間建立起一種表面的關聯關繫。與此相反的是，本書的基本原則是在藝術和科學之間建立起直接關聯，這是作者在CFPR所采用的方法，這一方法還引起了政府和研究理事會的關注。3本研究通過案例說明了這項新技術會如何影響未來工業的發展，如何為英國的經濟帶來財富，同時也為藝術和工業之間如何建立關聯提供了標本。

後回到視覺藝術領域，3D打印的潛能在於其可以作為新工具使用。技術本身不會創造藝術；對於使用者而言，技術是無生命力的，是輔助的，盡管這種輔助性在所制造的物體上表現得並不明顯。但筆者相信，會有一群藝術家以某種從未設想過的方式來使用該項技術。在寫這本書時，筆者遇到過一些創新又精美的作品，這些作品對技術的使用已經超過了工藝本身，讓筆者感到驚喜不已。特別是卡琳·桑德爾、斯蒂芬妮·倫珀特、瑪麗安·佛利斯特、內裡·奧克斯曼、阿薩·阿叔奇以及艾裡斯·範·荷本所創作的作品，讓筆者不禁想擁有，想與這些作品共同生活。當然，不僅因為這些作品是3D打印的，還因為它們所具備的藝術美感。筆者還相信，3D打印會帶來意想不到的民主。從傳統意義上講，這一技術的關注者會認為“極客”和數字界面等需要對軟件和工程有所了解，屬於年輕男性感興趣的領域。但事實上，書中筆者提到的3D打印從業者有5/6都是女性。這說明，至少在創新領域，技術使用者不一定非得遵守數字技術方面的歷史準則。

案例研究

為了完成此書，筆者采訪了許多在各自領域起領頭作用的從業者。筆者把他們分成四類：設計師、藝術家、手工業者和其他領域。作為一名從業者，筆者確信跨領域交流的意義，不喜歡在傳統意義上對藝術進行分類。但想用其他方式劃分章節也很困難。筆者特意挑選了一些在3D打印領域有較長實踐經驗的從業者。如凱斯·布朗的案例追溯到了20年前，3D打印早進入商業市場的時候。在采訪從業者的時候，為了獲取一致的信息，筆者盡量問相同的問題。比如，開始時會問他們如何描述自己及其實踐經歷。但每個人的側重點都不同。因此，筆者用一種非正式的方式轉錄了采訪內容，以便突出每位被采訪者在使用3D打印時不同於他人的獨特方式。這也顯示了每位從業者是如何創造性地根據自己的需求處理3D打印，如何采用一種與制造商規定的不同的方式來使用該技術的。

本書後面的附錄部分附上了訪談問卷及藝術家簡介。

視覺藝術的

3D打印歷史

本章將概述3D打印技術的歷史、工程師和工業設計師使用3D打印技術進行工業原型設計的興起以及視覺藝術家將該技術作為媒介的歷史發展進程。

在本書中，筆者隻會介紹3D打印技術的實體生產，因為市面上已有許多優秀書籍專門描述基於屏幕的數字技術的興起以及該技術與視覺藝術的關繫。《電腦美術室》1就是其中一本。筆者建議讀者讀讀虛擬技術的發展，包括大部分的軟件發展部分，並注意3D打印硬件的三維實體生產。本文要介紹的是從數字文件進行實體生產的發展。因此，筆者要全面介紹一下硬件技術的發展歷史，及其對3D打印發展的貢獻。然後從藝術實踐案例來闡述歷史，目的是創建一個時間表，以顯示藝術家是如何運用該技術以及在工業發展時3D打印技術的發展。

從歷史的角度考察視覺藝術中采用3D打印技術是可笑的，因為事實上，大多數3D打印產業隻是突然意識到這個技術可以運用到藝術中。但這與藝術家渴望采用這種技術是不同的。很顯然，我們在引述各項工藝時，並沒有證據證明之後所有的創造都由之前的作品啟發而來。但是，一旦某一工藝進入公眾領域，就開始有通用和創新這兩方面的發展。因此，要創建視覺藝術的3D打印史，我們可以深入研究該打印技術早的起源，類似於研究新石器文化中陶瓷的發展。與其他制作或工藝不同的是，制作陶器是一個直接添加的過程。簡單點說，就是一次添加一圈黏土，直到做成成品。此手工過程與制作3D物品的熔融積澱法(FDM)有相似之處。FDM是用一圈加熱的塑料線來制作3D打印物品，其制作工藝與利用擠壓黏土制作陶器是完全一致的。 

比利時的Unfold工作室3首次開發了擠壓黏土的3D工藝，之後喬納森·基普4和彼得·沃爾特斯5等開始應用，用裝有黏土的注射器取代了加熱的熔融積澱上端和塑料制品。在3D打印到來之前，多數三維制造過程都是刪減的。換句話說，就是從一大塊材料中雕刻或加工物品。但筆者覺得這種說法相當主觀，因為鑄造工藝就是一個逐漸添加的過程。要創建模具，必須首先創建正像（或電火花腐蝕中使用的電極），而這個正像通常用刪減的方法來創建。比如，在電火花腐蝕中，通過電流產生火花來腐蝕金屬，其正極凸版必須在石墨或銅中磨碎後纔能創建電極。這一點與工程實踐直接相關，為理解傳統美術工藝中的雕刻和造型提供了便利。雕刻是一種刪減的過程，如雕刻一塊木頭或大理石，而造型是一種添加的過程，如制作青銅鑄件的頭部模型時，需要慢慢添加黏土塑造模型。

回過頭來談談3D打印的早期歷史。2001年，來自美國德州大學奧斯汀分校的約瑟夫·比曼6從地貌成形技術和照相雕塑這兩個角度追溯了3D打印從19世紀中期到20世紀70年代的歷史。其中，地貌成形技術是指先用線性方式描繪物體的外形，再用線性形式復制出該物體。照相雕塑是指先用相機和鏡頭獲取物體外形，然後模擬照相制版法制造出物體。比曼根據這種技術差異將3D打印的發展主要分為兩個方向。一個是用粉末沉積和分層物體制造的方法進行3D打印，如Z Corp的工藝就與地貌成形技術類似。而另一個（照相雕塑）則強調用光照射液態光敏樹脂使之加固，如Objet 3D的打印技術。

比曼的照相雕塑發展路徑始於1863年威廉被授予照相雕塑專利之時；地貌成形發展路徑始於1890年布蘭特爾（Blanther）在專利中“建議使用層疊成形法制作地形起伏圖模型”。這種方法是將地形等高線層壓到一繫列的蠟片中，並根據等高線切割蠟片。

盡管筆者認同這兩個發展路徑的基本原理，但這兩者在時間上有許多交叉重疊的地方。筆者覺得地貌成形路徑應起始於19世紀之初，正值蒸汽機發明者詹姆斯·瓦特使用雕塑復印機之時。瓦特從1800年退休至1819年去世，發明了一繫列復制雕塑的機器，卻從未獲取專利。

在倫敦科學博物館裡仍保存著瓦特工作室，從中可以看到這些傳世機器。7  在筆者看來，這些機器纔是比曼所說的地貌成形機器的前身。本傑明·切維頓8將雕塑復印機進行了改進，於1884年獲得了縮放雕塑的雕塑復印機專利，其作用很像三維縮放儀。切維頓的機器復制品也可以在倫敦科學博物館裡看到。切維頓的機器上裝有一個旋轉的鑽頭，用於雕刻縮放版的著名雕塑。1851年，切維頓在世界博覽會上展覽了其縮放雕刻復印機，“‘提修斯’的雕塑復印”還獲得了金獎，該雕塑采用大英博物館中的埃爾金大理石雕制而成。切維頓的許多雕塑復印品現今仍可以找到，加拿大安大略美術館就有他的200多件作品。與此同時，法國工程師兼設計師阿希爾·科拉斯9用縮放儀研究出另一種復制雕塑的方法。筆者認為前面提到的這些機器纔是數控銑床的前身，而數控銑床是3D打印的前身。

比曼提到的另一條路徑與攝影術及其派生物——照相雕塑直接相關。從某種程度上講，這為我們從藝術角度研究3D打印的歷史提供了便利，因為要追溯19世紀早期與攝影相關的3D雕塑創作發展是比較容易的。沃爾特斯和瑟克爾10認為可以在攝影掃描和重建中找到3D打印的起源，比如先前提到的19世紀60年代由弗朗索瓦·威廉11研制的照相雕塑工藝，以及1904年被卡洛·貝斯申請了美國專利的“照相法復制塑料品”。12

威廉把物體放在圓形房間的中心，並沿著房間的圓周擺好了24部照相機。照相之後，威廉把獲得的照片輪廓投射到一個屏幕上。藝術家們就是利用這些輪廓以及配有小刀或雕塑工具的縮放儀從圓柱形石膏或黏土中雕刻出半身像來的。因此，可以說那24張照片構建了半身像的外形。這樣做成的雕塑還需要細心觀察，打磨不平之處使之平滑，然後再塗石膏建模具。威廉的工藝被完好地保存下來，獲得了較高的商業價值。他在巴黎的工作室從1863年到1868年一直在運作。13

索別沙克在一篇關於法國照相雕塑的文章中寫道：“事實上，威廉的工藝有兩個階段，其中一個早期的工藝被索別沙克稱為機械雕刻。”14在與被照物體等距的圓形區域內拍了50張照片，照片被洗出來後將其輪廓單獨刻在木頭上，然後把木頭切成兩半，再把每塊木頭的半剖面圖輪廓描繪在單獨的鍥子上。後，將所有100個鍥子聚在一起構成一個環形半身像。這是切分物體的早案例之一，與現今3D打印工藝切分物體的方法是完全一致的。這一工藝現存的實例可以在紐約州羅契斯特市的伊士曼柯達博物館找到。

在美國，卡洛·貝斯建議在威廉的制作工藝中加入重鉻酸銨明膠使雕刻品更為柔和，這一應用在福克斯·塔爾博特和沃爾特·伍德伯裡的作品中比較成功。貝斯建議把一層層膨脹膠質疊放起來，以便在拍攝頭部時制造出浮雕的效果。但並不清楚他是否真正采用了該工藝或將其商業化。但從21世紀的現在和筆者使用重鉻酸銨明膠的經驗來看，這一工藝並不可行（超出了理論）。因為雕塑家不僅需要處理許多層明膠，而且在添加新疊層時，上一疊層可能已經收縮變硬了。這些技術挑戰會使整個工藝既復雜又耗時。但這個想法比較有前瞻性，在貝斯為其工藝申請專利時，必然取得了某些實質性的進展，並因此促成了他在新技術領域的先鋒地位。

筆者認為，威廉的方法更像是從地貌成形的角度入手的，而比曼明顯是從照相的角度進行的，因為他使用了感光明膠。明膠是一種生物聚合物，是當前3D打印中所需聚合物的前身。如果回顧維多利亞時代早期的攝影術，我們能看到從1839年蒙戈·龐頓發現鉻合金硬化材料的性能開始，感光材料就開始發展了。“龐頓發現，浸泡在重鉻酸鉀中的紙張在日光的照射下會變成棕色，但沒有日光照射的部分會從紙張中溶出。”15

如果把龐頓的作品放在沃爾特·伍德伯裡發現的照片浮雕工藝（1865）中，並關注這些工藝的發展，直至喬治·卡特利奇開始用陶瓷照相制作浮雕瓷磚（20世紀早期），那麼3D打印起源的年代表就能更清晰、更有邏輯。毫無疑問，這些工藝標志著光敏樹脂浮雕工藝的誕生，它是現代3D打印的重要部分。

龐頓發現了鉻鹽的感光特性，但這一發現是建立在威廉·亨利·福克斯·塔爾博特的研究成果基礎之上的。1847年，塔爾博特申請了專利，將明膠和重鉻酸鉀結合使用16。這兩人的發現為20世紀所有照相制版印刷工藝奠定了基礎，終導致了現代光敏樹脂3D打印的誕生。

這些工藝發展歷程中與未來的3D打印聯繫更為密切的一點是，1865年，沃爾特·伍德伯裡17研發了連續色調的照相浮雕工藝，將一張黑白照片制作得有彩色、有凸面。伍德伯裡把一塊厚25mm的明膠放到3.5%的重鉻酸鉀溶液中使明膠感光。如果放在照相底片之下，明膠會隨著所給光的強度增加而逐漸變硬。一旦水洗後，明膠就會形成有色調的浮雕——三維“凹凸地形圖”，亮區凸出來，暗區凹進去。於是，伍德伯裡從明膠上制作了一個浮雕片，然後放在熱的半透明明膠墨中，制造出了許多連續色調的印刷。冷卻之後，印刷品的色調完全由明膠的深度決定；明膠越厚，印刷品就越暗。盡管這種浮雕很淺，但重要的是，這是歷史上次在不使用任何轉換工藝的情況下，將一張照片直接轉換成三維立體表面。

結果是驚人的。 好的例子可能是約翰·湯普森1877年制作的“倫敦街頭生活”，18這也是早的社會紀實攝影之一。但其制作工序存在一些問題，在整個過程中，需要技術嫻熟的人制作浮雕片、印刷圖片，而且由於印刷時壓力過大，熱明膠液從浮雕片兩側噴射出來，導致必須把印刷圖片剪下來，用手粘貼到出版物上。所以，即使該工藝能印刷出高質量的圖片，也顯然不會被納入大規模的商業生產中。

60年以後，到了20世紀30年代，工業陶藝家沃爾特·福特所在的時代。福特來自美國俄亥俄州的福特陶藝公司。福特在沃爾特·伍德伯裡明膠工藝的基礎上，成功創制了淺浮雕陶瓷模具。福特並沒有制作浮雕片，而是用感光明膠版制作了一個石膏模具，並澆鑄模具制成陶瓷浮雕瓷磚，在“素燒坯”閃光時，加入半透明釉，以此制造了照相色調浮雕。當釉彙集在凹區時變厚，形成暗色調，凸區釉料很薄，兩者組合在一起產生了攝影中的強光效果。福特在1936年因這項工藝獲得了專利。19重要的是福特用永久性材料創造了有形浮雕照片影像，不需要手工藝者將影像制作成成品。20

福特的工藝直接從喬治·卡特利奇的創造中衍生而來。在19世紀80年代到20世紀初，卡特利奇創造了陶瓷照相浮雕瓷磚。色調的範圍由浮雕的高度來決定，亮區高、暗區低。一旦采用了半透明釉，瓷磚會表現出典型的攝影特點，色調由瓷磚浮雕的高度決定，呈現大量的暗區和微小色調區別的亮區。由於這些瓷磚主要為舍溫和科頓公司制造，人們普遍認為它們是“福特瓷磚”的前身。21從筆者與卡特利奇外甥之間的交談，以及布裡斯托爾CFPR在2003—2006年的研究，可以確定這些瓷磚是用蠟從照相底片中雕刻出來的，與同一時期在法國利摩日制造的照相隱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講，是因為福特的照相制版法是直接從伍德伯裡衍生而來的。盡管從屬性和外觀來看，卡特利奇瓷磚都像是用照相制版法制成的，但事實上全都是其親手繪制的。顯然，這些瓷磚影響了福特以及他後來的陶瓷照相作品。了解這些工藝法後，我們現在有了直接轉錄照相工藝的基礎，並通過這些工藝制作出具有照片真實感的三維物體。

再回來談談地貌形成路徑。20世紀50年代，倫敦雕塑家喬治·麥克唐納·裡德用陸軍地圖制作機器將威廉的工藝進行了延伸，制造出了一繫列的半身雕像。裡德的工藝將手、攝影和改裝車床結合起來。為了制作3D模型，裡德還繪制了曲面輪廓，這一點與威廉的工藝法非常類似。 

為了獲取資料，將物體擺放到一張旋轉椅上，給物體拍攝300張側面照。然後將照片轉錄到一張側影圖上，用石膏加工切削成型。兩部“百代新聞”的電影展示了整個工藝流程。其中一部是1957年的《雕刻機器人》，講述的是丹麥女演員裡爾莫爾·克努森23頭部雕塑的創作過程，另一部是1963年的《即時雕塑》，講述的是賽車手格拉漢姆·希爾的故事。24從這兩部電影可以看出，麥克唐納·裡德在相隔6年的時間裡，在雕塑制作工藝流程上做了不少改進。

1956年，奧托·芒茲申請了一個專利，該專利比多數3D打印技術早30年，25但比曼認為這項專利清楚顯示了攝影和現有技術之間的關聯。在專利中，芒茲假定了一種“照相凹版記錄”的概念：

在透明介質懸浮中有一層鹵化銀照相乳劑，在曝光層預定的焦點上進行一定的輻射處理，在顯影和定影層中加入照相乳劑，在上述的照相乳劑層加入另外一層未曝光的照相乳劑，再將上述未曝光的照相乳劑層放到上述被輻射處理的焦點上，繼續這一循環。循環的次數由記錄的第三次強度決定。

簡單點說，他建議依次曝光一層照相乳劑，每次通過光照使之變硬，以此來制造3D物體。他將待曝光的照相圖片用感光聚合樹脂處理，圖片在曝光後硬化。這一技術打破了伍德伯裡照相印版法、貝斯制作工藝以及目前3D打印增材技術之間的鴻溝。Objet和Envision公司技術（在第2章中概述）正是使用了這一技術。

直到20世紀60年代，光敏樹脂乳劑纔開始在印刷業廣泛使用，尤其是柔性版印刷工藝變得越發廣泛。26開始這一工藝被稱為“阿尼林印刷”，在1952年，被改名為“柔版印刷”。這是當前使用廣泛的印刷工藝之一，所有與包裝相關的東西都是由“柔版印刷”打印出來的，包括牛奶瓶、麥片包裝以及冰箱中的所有盒子等。這些都是伍德伯裡照相印版、凹版印刷等感光明膠工藝的直接產物。現在使用的感光乳劑有許多品種，可以制造出不同大小的印刷版，從幾英寸厚到薄薄的滾輪都有。由於版的構成不同，變硬後產生的印刷版從極薄到極厚的都有。這種感光聚合乳劑的化學過程正是3D打印工業的基礎，讓照相聚合塑料通過曝光變硬來制作物體。

然而，任何工藝的發展歷史都不可能是直線的。因此，要了解3D打印的歷史一定要追溯與之相關的其他歷史或時間表纔行。大多數技術的發展與該領域其他技術的發展是既獨立又密不可分的，比如感光聚合乳劑和攝影的發展都與3D打印相關。但我們還需要考慮工程技術的發展，特別是數控銑床（CNC）以及計算機輔助（CAD）技術。

如果從工程的角度來看待3D打印的發展，3D打印是數控銑床的直接產物。數控銑床按照翻譯到文件中的數字數據去除固體砌塊制造物體。20世紀40年代，這一技術研發出來，先研發出數控部分的是一位美國的工程機械師兼推銷員約翰·帕森斯。20世紀五六十年代，這一工藝繼續發展。27至20世紀70年代，隨著電腦和CNC機器的價格大幅下降，CNC迅速成為工業制造流程的基石。隨著CNC的發展，CAD技術也自然而然地出現了，因為與在其他許多領域的使用一樣，CAD技術將制圖者或設計師與機器分離開來。很難向非專業人士解釋為什麼CNC機床能在三軸、四軸和五軸聯動數控銑床中運用得如此廣泛。可能好的解釋就是，如果你想購買機器部件或一整部機器，不論是金屬還是塑料的，如果不是通過CNC機床制造，那麼構成這一部件或機器的模具一定是通過CNC機床制造的。

首先，筆者來簡述一下銑削是什麼。銑削是一個削減的過程。從本質上講，是指從一大塊材料中鑽取物體的過程。從歷史上講，還包括把一塊木頭或金屬水平地安放在機床上，接著木頭或金屬旋轉起來，然後用鑿子或切削工具在旋轉的物體上進行切削。機床常見的應用就是傳統圓椅腿，從一塊矩形木頭中切削出來。

接著，銑技術的發展進入銑床階段。物體可以水平或垂直地被安放在機床上。重要的是，在銑床上，旋轉起來的不是物體本身而是切削工具。在這個過程中使用的是鑽子或鏤銑機作為旋轉工具來切削物體。

銑技術進一步的發展是鑽子或鏤銑機可以前後、水平或垂直地移動。隨著20世紀70年代個人電腦的出現，切削工具的切割路徑不再需要操作員進行現場控制，可以通過電腦程序來控制，因而進入了數控階段。

多年來，藝術家一直運用數控銑床進行工作。數控銑床的影響也擴大到了激光切割、鏤銑（本書中，筆者將鏤銑機定義成一種可以在二維或三維中進行短軸銑削的機器）以及3D打印領域。

隨著CAD程序的引進，人們很難將使用數控作為創作手法的藝術從業者與使用早期形式3D打印的藝術從業者區分看待。因為這兩種創作方法使用的是同一數字文件，兩種手法也有交叉的地方。在3D打印發展初期，藝術家們傾向於兩種手法都使用。現今很多藝術家仍然如此。

在筆者看來，現存早的數字打印藝術品出現於1976年，來自藝術家理查德·漢密爾頓的“重塑五個輪胎”。在開啟藝術生涯之前，理查德·漢密爾頓是一名工程繪圖員，這一工作背景在其藝術生涯中起到了重要作用，從擔架上的鋁制接頭到“五個輪胎”及其所熱愛的數字技術都與其工程繪圖背景有關。漢密爾頓是早期使用“寬泰繪圖和哈裡”（電腦成像設計繫統）的人之一。在2003—2010年期間，筆者和漢密爾頓在私下有過交談。他向筆者闡述了自己如何在20世紀60年代制作了“五個廢棄輪胎”的珂羅版印刷，但他發現用工程制圖的方法制作物品太慢了。於是，1966年他印刷了一個珂羅版印刷品後，便放棄了這一項目。28 1976年，他發現可以用電腦生成數控文件來定制銅版的路線，形成一個硅膠材料的模具。這一發現導致2.5維印刷被用來制作一盒裝七個印刷品繫列，終形成了“重塑五個輪胎”繫列。我們不太清楚他是如何找到電腦程序設計員的。2007年和他交談時，他說是在麻省理工學院的幫助下創建的數控文件。但是藝術與人文研究理事會（AHRC）的網站上寫道：29

當一位美國經銷商想找一名精於用電腦繪制透視圖的程序員時，這一項目復活了。凱耶儀器（Kaye Instruments）的斯瑞爾·馬丁采用一種叫CAPER（計算機輔助透視）的FORTRAN程序用電腦繪制了透視圖。之後，斯圖加特的弗蘭克·基歇爾進行了絲網印刷，住他隔壁的斯克裡伯進行了珂羅版印刷。

筆者認為，3D銅版及輪壓硅膠模型是早有名的功能性3D藝術品。漢密爾頓制作了75盒裝七個印刷品以及單個版本、隻包括膠印花的75盒裝。重要的是，這兩種印刷版本的工藝流程是完全由圖片決定的。電腦和數控銑床路徑幫助漢密爾頓獲得了他想要的結果，這一結果在當時是用任何其他方法無法取得的。毫無疑問，其他藝術家也在同一時期開始使用數控技術從數字文件中創作作品。早的是俄亥俄州立大學藝術繫的查爾斯·蘇黎，1968年，他創作了“Ridges Over Time”以及“雕塑繪圖”。作為一個在國際圖形年會（有成千上萬的計算機專家參加，是視覺數字藝術創新的標準）上不停有早期數字作品展覽的藝術家，蘇黎提到了SIGGPRAPH對他的獻詞：“這一作品的表面是用貝塞爾函數生成，接著用電腦程序生成穿孔紙帶來顯示坐標數據。作品還對三軸連續路徑、數控銑床進行說明。”用蘇黎的話說：“盡管這個裝置能生成光滑的表面，但我覺得留下刀痕的路徑更好。”30近來，使用數控銑床好的藝術實踐可能是安東尼·葛姆雷的“科爾”，這一作品是在倫敦城市大學的“城市作品”（制造和數字技術工作室）制作而成。

此處引用《德澤恩》（De Zeen）雜志關於制作“科爾”的介紹：31

安東尼·葛姆雷首次使用數字制造來制作男性具像雕塑。該工藝如果像之前一樣純手工制作，需要三周纔能完成。但使用數字技術不僅快，還能獲得一個更為精準的模型。這一令人驚嘆的鐵質雕塑是在造型泡沫塑料上用電腦數控規劃路徑，然後用鐵鑄型，後通過手工完成。該雕塑被懸掛在一道橫梁上，橫梁旁邊是用來制造該雕塑的數控銑床。整個雕塑被放在市中心雄偉的機械大廳裡。葛姆雷說：“目的是想看看這個雕塑是否會被再次說成是泡狀模型，即緊密的多邊形細胞，徹底將解剖學問題轉變成幾何學。”

歷年來，許多藝術家都開始使用數控技術生成圖像，但很少涉及3D打印。直到1986年，32臺打印機3D繫統立體平版印刷機SLA1的出現，藝術家纔真正開始將3D文件轉變成3D添加法印刷物體。藝術家在該打印機出現三年後開始使用3D打印技術，到20世紀80年代，3D打印技術纔真正迎來屬於自己的發展。20世紀90年代，藝術家和快速成型之間建立起緊密聯繫，這十年標志著兩者關繫的誕生。然而，許多藝術家並入大學學術研究文化之中，這讓他們有資源和能力來使用新研制的昂貴研究工具。但人們必須記住這是一種新型制作技術。

直到近些年來，艾裡斯·範·荷本33和內裡·奧克斯曼34等著名的藝術家和設計師纔開始將3D打印物品加入藝術實踐中，並將它們歸為物質成果必不可少的一部分。2012年，介導物質研究組主任兼MIT媒體實驗室媒體藝術與科學繫助理教授內裡·奧克斯曼受巴黎蓬皮杜藝術中心的委托，舉行了一場全新的展覽會。“虛構生命體：那些不存在的神話”展覽包含18件藝術品，打破了3D打印技術與Objet公司（用該公司的Connex使用3D打印制作出全部藝術品，並為此次展覽提供了贊助支持）高級研發之間的界限。艾裡斯·範·荷本是一名荷蘭時尚設計師，因其漂亮的3D打印服裝而出名，於2007年創建了自己的品牌。起初她在納姆藝術學校學習藝術，接著在世界著名的倫敦時尚設計師亞歷山大·麥克奎恩以及廣受歡迎的荷蘭設計師克勞迪·榮斯特拉處實習。艾裡斯·範·荷本近剛舉辦了第二場全是3D打印服裝的時裝秀。2012年7月，“混合整體”(Hybrid Holism)出現在高級定制時裝周。這一3D打印女裝由荷本和茱莉亞·克爾納為時裝周合作完成，由專業3D打印機構“iMaterialise”打印。  

筆者個人認為，在研究工藝的歷史時，導致現存工藝出現的初期發展總能引人思考。真正的發展也往往起始於個現存的工藝。在闡述推動商業機器發展的工藝時，必須把例現存的研究機器與例現存的商業機器分開。即豪斯霍爾德和郝伯特制作的臺研究機器能進行3D印刷，但其工藝卻不能重復試驗；而臺商業機器則一定有持續產出的效果。在檢查現存的商業機器或討論藝術家如何利用技術之前，我們必須先考察臺研究機器的歷史。

在一篇名為“低成本3D打印的知識產權啟示”（艾德裡安·鮑耶等）的文章中，假設個提出申請3D快速成型工藝專利的是溫·凱利·斯文森，其申請的理由是“用激光在液態單體的表面生成一個共價交聯，把放在托盤上待加工的物體放在該單體的表面，發現物體一點點逐漸落入桶中”。盡管這種機器從未真正制成，但這一工藝促使了3D繫統制作立體平版印刷機的發展。進一步的發展（據布雷拉35和比曼所說）還包括1981年名古屋市研究機構的木靈秀夫專利，36以及3M公司的郝伯特專利，37這兩者均使用激光在液體高分子中交聯感光聚合溶液。在選擇性激光燒結（金屬燒結和尼龍燒結的基礎）方面另一重大研究工藝由奧斯汀得克薩斯大學卡爾·德卡德教授在20世紀80年代中期研制並申請了專利。38在美國國防部高級研究計劃局（DARPA）提供贊助以及約瑟夫·比曼和戴夫·布雷拉的合作下，德卡德研制出一種制造工藝，讓粉狀材料在激光束照射下一層層熔化。1979年，豪斯霍爾德獲得了一項類似工藝的專利，但沒有將其商業化。除了1981年豪斯霍爾德申請的專利中次描述了激光熔融粉末3D打印繫統，以及比曼等人編寫的《固體自由成型制造》一書進行了簡單描述之外，很難找到關於這一工藝的其他信息。39但至關重要的一點是，比曼在《固體自由成型制造》中說道，這些機器事實上都能制造部件。

再來談談商業機器。毫無疑問，臺現存的商業機器SLA1是用3D繫統制造的，查爾斯·赫爾於1986年獲得該機器的專利。這一機器在液體的表面使用激光一層層交聯液態光敏樹脂。40

這一工藝與1976年斯溫森專利相似的一點是，都隻使用了一束激光。在一個盛有液態光敏樹脂的容器中，讓底版慢慢降下來浸入液體中，激光照射時，物體一層層變硬。與之前的古登堡等一樣，赫爾的貢獻是將工藝所需素都放在一起運作。因此，查爾斯·赫爾的另一個重大貢獻就是光固化文件格式——現今3D打印文件轉錄的基礎。正是文件轉錄和打印的結合纔使3D打印成了創新性技術。

藝術家首個現存的3D打印品是20世紀90年代用光固化機制成。筆者發現的早的作品是1989年籐幡正樹創作的“禁果”。正樹41是東京藝術大學教授，與他通信後，他對於首個3D打印作品的起源有如下描述：

“80年代後期，我開始使用電腦制作雕塑。我在1987年和1989年舉辦過兩次展覽活動。1987年的展覽名為‘幾何學的愛’，使用數控銑床制成。1989年的‘禁果’則采用所謂的立體平版印刷技術。”

筆者能找到的另一件早的3D打印藝術品是美國藝術家彼得·特雷扎基斯421992年創作的“火燒人”。在近期與彼得的聯繫中，他說道：

我對3D打印之所以感興趣，初源於我對電鍍時金屬離子中原子移動的興趣，在語法學校學習邁克爾·法拉利的實驗時纔真正開始了解3D打印。在成年時期，我開始進行電鑄實驗。隨著個人電腦和CAD設計軟件包的出現，我開始使用切削機器來創作作品。1993年，我開始在紐約視覺藝術大學教授被我稱為“數字雕塑”的課程。幾年後，我給紐約市許多機構舉辦了CAD（及新出來的CAM計算機輔助制造）講座。

這些3D打印視覺藝術行業的領導者源自一群藝術家。其中比較有名的是來自亞利桑那州立大學的丹·柯林斯。丹管理著PRISM 實驗室，這家實驗室主要研究跨領域的3D建模和快速成型。1994年，他創作了一個3D打印作品“多個頭部”，43其使用工藝的過程如下：

20世紀90年代，我開始使用數字輸出技術。1993年，我在亞利桑那州斯科茨代爾的麗莎·塞特美術館舉辦了一次名為“數字修辭”的展覽。在此一年前，我進行了3D激光掃描頭部轉換試驗。那是我次展覽作品，展覽的雕塑都是使用數控銑床“削減”出來的。一兩年後，隨著數控銑床等技術讓人負擔得起且便利可得，快速成型技術時代開始到來。1996年，我在亞利桑那州立大學設立了PRISM（空間模型合作研究）實驗室。該實驗室擁有早的3D打印機（快速成型機）之一，使用BETA噴墨滴技術進行打印。一年後，我們拿到了使用熔融沉積成型的Stratasys打印機。

1994年，法國藝術家克裡斯蒂安·拉維妮創作了法國件立體平版印刷作品，在同一時期，她與亞歷山大·維特凱恩以及美國視覺藝術家瑪麗·維薩共同成立了“Ars Mathmatetica”組織。44拉維妮介紹了“Ars Mathmatetica”的起源：

“‘Ars Mathmatetica’創建於20年前，是一家非營利組織。‘數字雕塑’這一全新領域的許多藝術家和技術，我們都一一知曉。1993年，我們在巴黎綜合理工學院舉辦了全球首個計算機雕塑展覽，後來這一展覽變成了兩年一次的定期雕塑展覽。就個人而言，我從20世紀80年代初期開始使用計算機進行藝術創作，1985年次使用了數控機床。1994年，在巴黎中央理工大學和法國快速成型協會的協助下，我完成了首個數字雕塑作品。起初，‘宇宙之歌’這一雕塑準備在1990年使用快速成型工藝來創作，這一工藝是由讓·克洛德·安德烈在南希發明。我們要知道的一點是，立體平版印刷工藝首先在法國發明同時獲得專利，然後纔在美國運用。” 

瑪麗·維薩教授在得克薩斯州喬治城的西南大學教雕塑和計算機成像課程。在20世紀80年代早期，她為布朗研討會挑選作品舉辦了國家數字藝術展覽。維薩在1992年因快速成型工藝獲得了芒迪獎學金，並與亞利桑那州立大學的PRISM實驗室完成了實體建模合作。2003年，她成了快速成型雕塑展覽的策展人之一。近，她獲得了卡倫補助金，與Accelerated技術合作，將她的雕塑作品使用聚碳酸酯和青銅材料，利用快速成型技術進行大規模生產。

早期重要的藝術領導者還包括亞歷山大·維特凱恩、斯圖爾特·迪克森、新澤西威廉帕特森大學雕塑和數字媒體副教授邁克爾·裡斯以及英國曼徹斯特城市大學雕塑和數字技術教授凱斯·布朗（見第4章案例研究）。這些藝術家是筆者在研究書中的課題時發現的早期領導者。如果有任何遺漏，請見諒。筆者覺得沒必要把那些填補20世紀90年代至2012年技術空白的藝術家一一列出來，這與本書也沒多大聯繫。如果一一列出，可能有好幾百位，還會被認為主觀性太強。筆者覺得書中的這些案例研究、通信和采訪已經填補了這些年的空白，也提供了一些背景信息。 

我們現處在21世紀的第二個十年裡。毫無疑問，3D打印已在視覺藝術領域獲得了更為廣泛的運用。如今，人們主要依據學科的不同采用不同的方式使用著這些工藝，也有較少一部分人依據對技術的了解而采取不同的方式。根據筆者對於許多藝術家、制造商、設計師以及動畫師的采訪，筆者發現雖然他們對技術有著獨特的視角，但有一個共同點：他們大都認為當前的技術無法制造出滿足他們期望的材料屬性的物品，許多人甚至認為滿足其需求的材料還沒有誕生。

越來越多的藝術家和設計師對已取得的成果感到滿意。在設計領域，有Freedom of Creation設計室在制造和銷售尼龍與碳纖維打印的家具；有馬裡安·福勒斯特制造和銷售用鈦合金打印的手表；喬納森·基普用自己設計的3D打印工具打印陶瓷；雕塑家湯姆·洛馬克斯展覽和售賣彩色的石膏雕塑。在過去的十年裡，3D打印技術取得了飛快的進展，在未來的十年裡，3D打印必將創造新的歷史，取得新的發展。