Być może słyszałeś o drukowaniu 3D jako o przyszłości produkcji. Dzięki postępowi technologii i jej komercyjnemu rozpowszechnieniu może ona bardzo dobrze wpłynąć na otaczający ją szum. Czym jest druk 3D? A kto to wymyślił?
Najlepszy przykład opisujący działanie drukowania 3D pochodzi z serialu telewizyjnego Star Trek: Następne pokolenie. W tym fikcyjnym futurystycznym wszechświecie załoga na pokładzie statku kosmicznego używa małego urządzenia zwanego replikatorem, aby stworzyć praktycznie wszystko, od jedzenia i napojów po zabawki. Teraz, gdy oba są w stanie renderować trójwymiarowe obiekty, drukowanie 3D nie jest tak skomplikowane. Podczas gdy replikator manipuluje cząsteczkami subatomowymi w celu wytworzenia dowolnego małego przedmiotu, o którym myślisz, drukarki 3D „drukują” materiały w kolejnych warstwach, aby utworzyć obiekt.
Wczesny rozwój
Historycznie rzecz biorąc, rozwój technologii rozpoczął się na początku lat 80. ubiegłego wieku, nawet wcześniej niż wspomniany program telewizyjny. W 1981 roku Hideo Kodama z Miejskiego Instytutu Badań Przemysłowych w Nagoi jako pierwszy opublikował opis tego, jak to zrobić materiały zwane fotopolimerami, które twardnieją pod wpływem promieniowania UV, mogą być użyte do szybkiego wytworzenia ciała stałego prototypy. Chociaż jego papier położył podwaliny pod druk 3D, nie był pierwszym, który zbudował drukarkę 3D.
Ten prestiżowy zaszczyt przypada inżynierowi Chuck Hull, który zaprojektował i stworzył pierwszą drukarkę 3D w 1984 roku. Pracował dla firmy, która wykorzystywała lampy UV do tworzenia wytrzymałych, trwałych powłok na stoły, kiedy wpadł na pomysł, aby skorzystać z technologii ultrafioletowej i stworzyć małe prototypy. Na szczęście przez wiele miesięcy Hull miał laboratorium do majstrowania przy swoim pomyśle.
Kluczem do uruchomienia takiej drukarki były fotopolimery, które pozostawały w stanie ciekłym, dopóki nie zareagowały światło ultrafioletowe. System, który ostatecznie opracuje Hull, znany jako stereolitografia, wykorzystał wiązkę światła UV, aby naszkicować kształt obiektu z kadzi ciekłego fotopolimeru. Gdy wiązka światła utwardzi każdą warstwę wzdłuż powierzchni, platforma przesunie się w dół, aby następna warstwa mogła zostać utwardzona.
Złożył patent na technologię w 1984 r., Ale minęły trzy tygodnie po tym, jak zespół francuskich wynalazców, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte i Jean Claude André, złożył patent na podobny proces. Jednak ich pracodawcy zrezygnowali z dalszego rozwijania technologii z powodu „braku perspektyw biznesowych”. To pozwoliło Hullowi na chronienie praw autorskich termin „stereolitografia”. Jego patent zatytułowany „Aparat do produkcji trójwymiarowych obiektów metodą stereolitografii” został wydany 11 marca 1986 r. W tym samym roku Hull stworzył również systemy 3D w Walencji w Kalifornii, aby mógł rozpocząć szybkie prototypowanie komercyjne.
Rozszerzenie na różne materiały i techniki
Chociaż patent Hull obejmował wiele aspektów drukowania 3D, w tym oprogramowanie do projektowania i obsługi, techniki i różnorodne materiały, inni wynalazcy wykorzystaliby tę koncepcję z innymi podejścia. W 1989 r opatentować otrzymał Carl Deckard, absolwent University of Texas, który opracował metodę zwaną selektywnym spiekaniem laserowym. Z SLS, a Wiązka laserowa został użyty do indywidualnego wiązania sproszkowanych materiałów, takich jak metal, razem w celu utworzenia warstwy przedmiotu. Świeży proszek będzie dodawany do powierzchni po każdej kolejnej warstwie. Inne odmiany, takie jak bezpośrednie spiekanie laserowe metalu i selektywne topienie laserowe, są również stosowane do wytwarzania przedmiotów metalowych.
Najpopularniejszą i najbardziej rozpoznawalną formą drukowania 3D jest modelowanie z zastosowaniem stopionego osadzania. FDP, opracowany przez wynalazcę S. Scott Crump układa materiał warstwami bezpośrednio na platformie. Materiał, zwykle żywica, jest dozowany przez metalowy drut i po uwolnieniu przez dyszę twardnieje natychmiast. Pomysł przyszedł do Crumpa w 1988 roku, kiedy próbował zrobić żabkę dla swojej córki, dozując wosk do świec za pomocą pistoletu do klejenia.
W 1989 r. Crump opatentował technologię i wraz z żoną współzałożycielem Stratasys Ltd. do produkcji i sprzedaży maszyn drukarskich 3D do szybkiego prototypowania lub produkcji komercyjnej. Firma opublikowała swoją firmę w 1994 roku, a do 2003 roku FDP stała się najlepiej sprzedającą się technologią szybkiego prototypowania.