3D-печать: одна из самых революционных технологий нануфакции 21 века

Когда вы впервые услышали слова «3D-печать», вы представляли себе суперфутуристическую технологию, которая часто появляется в научно-фантастических фильмах? Однако, хотите верьте, хотите нет, 3D-печать существует уже почти 40 лет.

Трехмерная (3D) печать — это процесс аддитивного производства, который создает физический объект из цифрового дизайна. Процесс работает путем укладки тонких слоев материала в виде жидкого или порошкообразного пластика, металла или цемента, а затем сплавления слоев вместе.

Вот краткая временная шкала 3D-печати с 1940-х годов до сегодняшнего дня.

1940-е годы: Концепция

На самом деле, 3D-печать существует в концепции с 1945 года - Мюррей Лейнстер объяснил этот термин в своем рассказе 1945 года «Вещи проходят мимо»: «Но этот конструктор эффективен и гибок. Я подаю магнетронные пластмассы — материал, из которого они делают дома и корабли в наши дни — в эту движущуюся руку. Он делает рисунки в воздухе, следующие за чертежами, которые он сканирует с помощью фотоэлементов. Но пластик выходит из конца чертежного рычага и затвердевает по мере его появления... только по чертежам».

1980-е: Рождение

Первые документированные итерации 3D-печати можно проследить до начала 1980-х годов в Японии. В 1981 году доктор Хидео Кодама из Нагойского муниципального института промышленных исследований опубликовал подробности, касающиеся метода «быстрого прототипирования». Это исследование было первым литературным документом, описывающим послойный подход, столь присущий 3D-печати. Его исследование включало печать фотополимеров с использованием метода, который предшествовал стереолитографии, а также говорило о поперечных срезах слоев, которые лежали друг на друге, образуя 3D-объект. Тем не менее, доктор Кодама не выполнил патентную заявку до истечения срока и так и не получил патент.

Несколько лет спустя трио французских инженеров Алена Ле Меоте, Оливье де Витте и Жан-Клода Андреваса стремилось создать машину для быстрого прототипирования. Вместо смолы они стремились создать систему, которая отверждала жидкие мономеры в твердые тела с помощью лазера. Они подали патент на процесс стереолитографии, но отказались от него из-за отсутствия бизнес-перспективы.

Именно Чак Халл фактически построил первый 3D-принтер. Он подал первый патент на стереолитографию (SLA) в 1986 году, основал корпорацию 3D Systems, а в 1988 году выпустил SLA-1, их первый коммерческий продукт. Эта машина позволяла изготавливать сложные детали, слой за слоем, за долю времени, которое обычно занимает. Халл подал более 60 патентов на эту технологию, став крестным отцом движения быстрого прототипирования и изобретя формат файла STL, который все еще используется сегодня.

SLA был не единственным процессом аддитивного производства, который изучался в течение этого времени. В 1988 году в Техасском университете Карл Декард принес патент на технологию SLS, еще одну технику 3D-печати, в которой зерна порошка сплавляются вместе локально лазером. В то же время, моделирование плавленого осаждения (FDM) также было запатентовано Скоттом Крампом. Метод включал плавление полимерной нити и нанесение ее на подложку, слой за слоем, для создания 3D-объекта.

1990-е - 2000-е годы: Рост

В 1990-х годах многие компании и стартапы начали появляться и экспериментировать с различными технологиями аддитивного производства. За это время машины сильно отличались от тех, которые мы используем сейчас. Они были сложными в использовании, дорогими, и многие из окончательных отпечатков требовали большой постобработки.

В 2004 году доктор Адриан Боуйер, старший преподаватель машиностроения в Университете Бата в Великобритании, основал проект RepRap. Это был проект с открытым исходным кодом, целью которого было создание 3D-принтера, который мог бы печатать большинство своих собственных деталей. Идея заключалась в том, чтобы демократизировать 3D-печать, сделав технологию доступной для людей во всем мире.

2009 год стал годом, когда патенты FDM попали в общественное достояние, открыв путь к широкой волне инноваций в FDM 3D-принтерах, падению цен на настольные 3D-принтеры и, следовательно, поскольку технология была более доступной, повышенной видимости.

3D-печать сейчас: Prime

Сегодня цены на 3D-принтеры начали снижаться, что делает их доступными для широкой публики. Наряду со снижением цен, качество и простота печати также увеличились.

3D-печать используется в самых разных областях. Ученые из Университета Саутгемптона запустили первый в мире 3D-печатный беспилотный летательный аппарат; производители 3D-печатного автомобиля достигли до 200 миль на галлон с гибридным газо-электрическим двигателем; и стартап, специализирующийся на создании экологических живых структур, придумал роботизированную среду обитания, подходящую для жизни на Марсе.

Прорывы в 3D-печати происходят быстрее, чем когда-либо прежде. Это огромное влияние и большой потенциал меняют нашу жизнь.