История появления 3D принтера

Что может выглядеть совершенно новым на протяжении почти сорока лет? Этот феномен можно с полным правом отнести к 3Д печати. До сих пор множество людей воспринимают технологию как инновационную. Между тем дата ее рождения приходится на 80-годы прошлого века. И уже в течение последующего десятка лет появились три метода формирования объемных предметов:

  • SLA, когда за основу берется жидкая полимерная смола;
  • SLS – на базе порошковых материалов (полиамида или пластика);
  • FDM, подразумевает наращивание слоев из расплавленной нити со специальным химическим составом.

Используя общий принцип, энтузиасты в разных странах проводили эксперименты и пытались патентовать похожие открытия не зная друг о друге.

История появления 3D принтера

1981- 1984: идейные первопроходцы

До официального признания 3D моделирования были предприняты две независимые попытки ее изобретения на разных континентах:

Япония

Самое раннее упоминание об объемной печати пришло из Японии. В 1981 году доктор Хидео Кодама послал патентную заявку на регистрацию способа быстрого прототипирования. Это первый зафиксированный документ, описывающий процесс затвердевания олигомера в результате направленного облучения.

К сожалению, задумка японского врача не была удачной и не заслужила финансирования.

Франция

Тем не менее, замысел «машин для клонирования» продолжал развиваться. Следующими известными пионерами направления, оказавшими существенное влияние на него, были Жан-Клод Андре, Оливье Д’Витте и Ален Ле’Моте.

В 80-х годах Ле’Моте трудился в корпорации Alcatel, исследуя особенности фрактальной геометрии, на основе повторяющихся элементов. Он поспорил с коллегами, считавшими трехмерное дублирование не реальным. Тем не менее, он был решительно настроен проявить себя и начал думать о том, как сделать сложные детали, путем повторения простых.

Инженер обсудил проблему с Д’Витте — сотрудником филиала организации. Имея дело с лазерами, они знали о текучих мономерах, которые можно довести до твердого состояния с помощью облучения. Такая специфическая характеристика открывала путь к созданию принципиально новой технологии.

Сотрудники Alcatel принесли на обсуждение гипотезу приятелю Андре из Французского национального центра научных исследований (CNRS). Но хотя последний и был заинтересован в технологии, CNRS в конечном итоге не одобрил ее.

Причиной отказа стало не только отсутствие расчетов, но и непонимание в каких сферах стоит массово применять форматное размножение предметов.

Трое участников послали заявку на патент в 1984 году, но без надлежащего финансирования они были вынуждены отказаться от проекта.

1988: изобретение стереолитографии

После нескольких неудачных попыток реализовать методику клонирования, пришел 1984 год, ставший счастливым для 3D-печати.

Чак Халл, работая на производителя столешниц и мебели, был разочарован тем, что на изготовление маленьких сложных элементов уходит большое количество времени. Он предложил задействовать ультрафиолетовые лампы фирмы по другому назначению.

Они должны были быть направлены на светочувствительную смолу, придавая ей твердость последовательными слоями. В конечном итоге создавая нужную конфигурацию. Описание процесса сегодня звучит знакомо. Но в середине 80-х годов прошлого века, мастеру пришлось долго убеждать руководство позволить провести испытания.

К счастью, новатору была предоставлена небольшая лаборатория для организации опытов. Потратив более года на разработку тестовой копии в виде пластикового стакана, он написал код программирования для уникальной машины прототипирования.

Самым необычным в этих историях был хронометраж событий. Спустя всего три недели после того, как команда во Франции оформила запрос на авторское право, мастер из Америке тоже решил зарегистрировать инновацию, обозначив технологию как «стереолитография».

Ключом к успешному результату послужили особенности акрила (фотополимера). Если жидкое вещество находится в емкости, и в него будет направлен удар лучом ультрафиолета, то экспонированная часть мгновенно превратится в твердый кусок по форме модели.

Простота производства большого число одинаковых объектов, оказалась отличным известием для коммерческих предприятий. Она обходилась без огромных первоначальных инвестиций.

Патент был выдан в 1986 году, и в том же году предприимчивый американец учредил фирму 3D Systems в штате Калифорния. Экспериментальное устройство, SLA-1, вышла на продажу в 1988 году. Сегодня эта корпорация крупнейший поставщик продукции 3D-печати, постоянно внедряющая современные идеи. А ее отец-основатель Чак Халл упомянут в Национальном зале славы изобретателей.

1988-1992: Эпоха инноваций

Появление стереолитографии проложило дорогу индустрии 3D-печати по процедуре СЛА и дал толчок к рождению последующих альтернативных методов прототипирования.

SLS (Selective Laser Sintering)

В 1988 году, тогда же, когда миру был представлен первый американский аналог, возник второй вариант 3D-печати. Было придумано селективное лазерное спекание пластикового порошка. Патент на него был подан Карлом Деккардом, студентом Университета Техаса.

Аппарат Deckard — стартовый 3D-принтер, сконструированный по принципу СЛС, нарекли Betsy. Он мог делать только простые куски пластика. Однако, поскольку главной целью являлась проверка взаимодействия перемолотой смеси, составные части объекта и качество печати не были приоритетами.

FDM (Fused Deposition Modeling)

В то время, пока патент на преобразование полимерного порошка ожидал одобрения, альтернативное предложение по запуску новой технологи производства добавок было направлено правительству США.

На этот раз родилось моделирование текучих сплавов, позже названое «селективным лазерным спеканием». Интересным считается тот факт, что самый простой и популярный в наши дни способ, был придуман самым последним.

Патент на него был зарегистрирован Скоттом Крампом, известным сейчас как соучредитель Stratasys. Сформированная в 1989 году, компания из Миннесоты является лидером рынка высокоточных 3D-принтеров.

К 1992 году патент на формовку дубликатов с оригинала при помощи расплавленных тонких нитей был наконец выдан компании Stratasys, что ознаменовало начало интенсивного роста технологии.

Все три варианта экспериментов с фактурным пространством находились в зачаточном состоянии и не достигали идеального финала. При затвердевании материала происходили некоторые искажения. Приборы, штампующие копии, имели непомерно высокую стоимость для повседневной эксплуатации. Но несмотря на сложности, потенциал технологии был неоспорим.

1999-2010: Бурное развитие

Одной из первых отраслей, рискнувшая задействовать 3d проектирование в 90-х годах, была медицина.

1999 год был впечатляющим, так как ученые из Института регенеративной медицины впервые напечатали синтетические каркасы мочевого пузыря человека. Спроектированный орган покрывался собственными живыми клетками пациента, что сводило риск отторжения к минимуму.

С точки зрения расширения возможностей хирургической имплантации, это было великое десятилетие в истории 3D-печати.

Всего за 10 коротких лет ученые из некоторых стран мира изготовили функциональную миниатюрную почку, смоделировали протез ноги с оригинальными составными частями и напечатали первые кровеносные сосуды, применяя только человеческие клетки.

Это было также десятилетие, когда 3D-печать получила открытый исходный код.

В 2005 году сообщество английского университета города Бат под руководством доктора Адриана Бойера запустило инициативу по разработке 3D-принтера, умевшего печатать большинство собственных деталей. Модификация 2008 года, названная Дарвин, означала рождение полноценного самовоспроизводящегося устройства.

Наши дни

3D печать быстро входит в повседневную жизнь.

Она активно применяется в полиграфии, если предприятие функционирует по полному циклу. Ярким примером может служить воронежская типография Виннер, предлагающая широкий перечень услуг от печати календарей, этикеток и упаковочных пакетов, до цветных изображений на одежду.

Формирование клонов также популярно в строительстве, аэрокосмической промышленности и автомобилестроении.

Удобство программирования макетов высоко оценили дизайнеры и архитекторы.

3D принтеры уже предлагаются для домашнего использования.

За 40 лет появилось много новых технологий, но без знаменитого трио изобретателей, не было бы ни одной их них.