De la o ceașcă mică la clădiri înalte: cum s-a schimbat tehnologia de imprimare 3D

Începutul anilor 1980: primele experimente

Prima tehnologie de imprimare 3D a oferit Japonezul Hideo Kodama în 1981. Adevărat, atunci nu se numea imprimare 3D, ci prototipare rapidă. Kodama a inventat un dispozitiv care a funcționat conform metodei stereolitografiei (SLA): un laser a iradiat o rășină fotopolimeră, așezând un obiect programat în straturi. Totuși, el a descris doar ideea, dar nu a putut furniza dovezile necesare obținerii unui brevet.

Aproximativ în același timp, a început munca la un dispozitiv pentru prototipare rapidă independent inginer american Charles Hull și ingineri francezi Jean-Claude André, Alain le Meho și Olivier de Witt. Succesul a fost obținut în ambele cazuri. În 1984, cercetătorii au solicitat un brevet. Francezii au avut trei săptămâni înainte, dar acest lucru nu i-a ajutat - propunerea lor a fost considerată nepromițătoare, așa că nu au investit în dezvoltarea tehnologiei. Dar Hull a fost un succes, motiv pentru care este considerat inventatorul imprimării 3D.

Prima piesă imprimată a lui Hull a fost o ceașcă mică. Ea i-a amintit inginerului de un instrument pentru insuflarea picăturilor pentru ochi, soția lui - un vas pentru împărtășire.

În 1986, Hull, împreună cu partenerii creată 3D Systems Corporation. Un an mai târziu, au lansat prima imprimantă 3D produsă în serie, SLA-1. Invenția a atras inițial companiile de mașini: cu ajutorul dispozitivului au tipărit prototipuri de piese mici, precum mânerele ușilor.

Mijlocul anilor 1980 și 1990: apariția altor metode de imprimare 3D

La sfârșitul secolului al XX-lea, au apărut mai multe tehnologii de imprimare 3D. În primul rând - sinterizarea selectivă cu laser (SLS). Aici, nu rășinile, ci substanțele vrac sunt folosite ca „cerneală”. Autorul tehnologiei Carl Deckard dezvoltat ea ca studentă la master la Universitatea din Texas. Profesorul Joseph Beeman l-a ajutat să creeze dispozitivul. Primul obiect imprimat de imprimanta 3D SLS este un cub. În 1988, Deckard a brevetat invenția și a fondat Desk Top Manufacturing.

Un an mai târziu a apărut metoda de depunere fuzionată (FDM). „Cerneala” în acest caz este polimeri termoplastici sub formă de filament. Sunt înfășurate pe o bobină și plasate în interiorul dispozitivului. Polimerii sunt apoi încălziți și turnați în forma programată. Autorul unei astfel de imprimări 3D este inginerul Scott Crump. la ideea acesteia a cerut experienta de viata. Crump a lucrat pentru o companie care plănuia să facă un descărcator de PCB. Dar lucrurile nu au mers conform planului. Prototiparea a durat mult timp, drept urmare, compania a ratat șansa de a intra pe piață. Atunci inginerul a decis să găsească o modalitate de a accelera astfel de procese. A început să experimenteze în bucătărie: înarmat cu un pistol de lipici fierbinte și geluri de plastic semisolide, i-a făcut fiicei sale o broască de jucărie. În 1989, a creat mai multe modele ale dispozitivului, a primit un brevet și a deschis o companie pentru producția de imprimante 3D Stratasys FDM.

Prima imprimantă FDM a apărut în 1991. Acum este cucel mai comun Tehnologie de imprimare 3D.

Următoarea metodă este creștere directă cu laser (LMD). A lui a venit cu cercetători de la Sandia National Laboratories (SUA) în anii 1990. Metalul este folosit aici ca material de imprimare sub formă de pulbere sau fir de sârmă. LMD este folosit în industrie - de exemplu, pentru a crea piese. De asemenea, destul de mari. De exemplu, cea mai mare imprimantă 3D din Rusia cu această tehnologie capabil să fabrice produse cu parametri de 2,2 metri în diametru și un metru în înălțime. Instalația se numește „ILIST-2XL” și a fost creată în Rosatom.

Sfârșitul anilor 1990 și 2000: nașterea bioprinting-ului

Perspectivele imprimării 3D în medicină au fost observate aproape imediat după apariția tehnologiei. Primul experiment în acest domeniu ținută în 1999 de către cercetătorii de la Spitalul de Copii din Boston de la Harvard Medical School. Folosind o imprimantă, au creat o schelă a vezicii urinare din colagen și polimeri. Și apoi au plasat manual celule donatoare de la pacienți pe el.

Adevărata bioprinting a apărut în 2003. Autorul tehnologiei este bioinginerul american Thomas Boland. El înlocuit „cerneală” pe un lichid cu celule vii reale și a folosit un substrat special ca bază pentru a le plasa. Drept urmare, a reușit să imprime celule de bacterii și mamifere. Brevet de tehnologie primit în anul 2006.

În aceeași direcție în zero a lucrat un grup de oameni de știință condus de profesorul Gabor Forgach. Tehnologia lor de bioprintare NovoGen a fost prima care a obținut succes comercial, odată cu lansarea Organova în 2007 în San Diego. Doi ani mai târziu acolo eliberată una dintre primele bioimprimante 3D comerciale este Novogen MMX.

Mijlocul anilor 2000: construirea de imprimante 3D la buget

Multă vreme, imprimantele 3D au fost masive și scumpe. Prin urmare, părea imposibil să achiziționați un astfel de dispozitiv pentru casă. schimba situatia hotărât lector britanic Adrian Bauer. Universitatea la care a lucrat avea o imprimantă 3D de 40.000 de lire sterline, una dintre cele mai ieftine la acea vreme. Dar Bauer a visat să o facă și mai prietenoasă cu bugetul. În 2005, i-a venit ideea pentru RepRap, o imprimantă 3D compactă care ar putea crea majoritatea pieselor sale. Având o astfel de mașină, ar fi posibil să se producă multe altele similare.

În același 2005, Bauer a primit bani pentru a-și implementa ideea și a vorbit despre ea pe web. RepRap este un proiect open source: orice persoană de pe Internet îl poate modifica și modifica după bunul plac. Conceptul a devenit rapid popular. În 2008 a fost eliberat Primul model RepRap este Darwin. Arăta ca un cadru cu fire și elemente de fixare. Nu era foarte drăguț, dar destul de funcțional: putea imprima unele dintre piesele sale și alte obiecte, cum ar fi un suport de telefon pentru mașină.

RepRap nu este singurul astfel de proiect. În 2006, studenții de la Universitatea Cornell depus Imprimantă 3D open source - Fab@Home. Printre primele lucruri pe care le-a creat cu el au fost o curea de ceas din silicon și o elice mică.

Începutul anilor 2010: Dezvoltarea protezelor 3D

În 2013, păpușarul Ivan Owen creată prima mână protetică imprimată 3D. A început să experimenteze cu tehnologia nu doar din curiozitate. Owen a fost abordat de o femeie al cărei fiu s-a născut fără degete pe mâna dreaptă. În acel moment, băiatul avea deja cinci ani. La început, artistul a privit materiale familiare precum metalul și chiar a creat primul prototip din acestea. Dar curând mi-am dat seama că copilul crește rapid, iar refacerea mâinii în fiecare an este prea laborioasă. Așa că Owen a început să caute imprimarea 3D, a cerut unei companii de tehnologie câteva imprimante pentru o cauză bună și a început să modeleze o mână pe un computer. Totul a mers bine - mâna a ieșit puternică și mobilă.

Owen nu a acordat licența invenției. În schimb, el a postat proiectul în domeniul public pentru ca alți oameni să-și facă singuri o proteză.

Sfârșitul anilor 2010: Construcția de case tipărite

Ideea că o imprimantă 3D mare ar face posibilă construirea de case mai rapid și mai puțin laborios decât instrumentele clasice, discutat încă de la sfârşitul secolului al XX-lea. În anii 2000, au început să dezvolte mașini și tehnologii adecvate, iar în anii 2010 au apărut deja primele tipărituri. De exemplu, în 2015, compania chineză WinSun construit folosind o imprimantă cu șase etaje. În 2016, în Dubai a apărut birou personalizat: capacitatea de a crea cu ușurință modele personalizate este unul dintre avantajele imprimării 3D în construcții.

În 2017, primele clădiri rezidențiale construite folosind această tehnologie au apărut în Rusia - în Stupino Și Yaroslavl. Și în 2022, cercetătorii de la Universitatea din Maine în 12 ore creată prima casa imprimata in intregime din biomateriale - fibre de lemn si rasini. O selecție mare de „cerneluri” de construcție este un alt plus al imprimării 3D. În aceste scopuri, de exemplu, se utilizează beton, nisip, cenușă vulcanică și coji de orez.

Ce acum?

Astăzi, imprimarea 3D este utilizată activ în diverse domenii. Cu ajutorul lui, ei creează haine, instrumente de cercetare, implanturi și chiar alimente. Capacitățile tehnologiei sunt explorate în mod activ și are multe perspective. Da, oameni de știință presupunecă, în viitor, imprimanta va putea imprima direct în interiorul unei persoane, înlocuind zona deteriorată a osului sau cartilajului cât mai repede posibil. Există deja exemple de dispozitive minuscule pentru aplicații in vivo. La asa ceva se aplică imprimantă robotică endoscopică F3DB, creată de ingineri din Sydney. Și dacă cercetătorii găsesc o modalitate de a programa organele 3D astfel încât să se potrivească perfect în sistemele nervos și circulator, a reusi reduce semnificativ lista de așteptare pentru asistența donatorului.