Od malého pohára po výškové budovy: ako sa zmenila technológia 3D tlače

Začiatok osemdesiatych rokov: prvé experimenty

Prvá technológia 3D tlače ponúkol Japonec Hideo Kodama v roku 1981. Pravda, vtedy sa tomu hovorilo nie 3D tlač, ale rýchle prototypovanie. Spoločnosť Kodama prišla so zariadením, ktoré fungovalo podľa metódy stereolitografie (SLA): laser ožaroval fotopolymérnu živicu a rozložil naprogramovaný objekt do vrstiev. Nápad však len opísal, no nevedel poskytnúť dôkazy potrebné na získanie patentu.

Približne v rovnakom čase sa začali nezávisle pracovať na zariadení na rýchle prototypovanie Americký inžinier Charles Hull a francúzskych inžinierov Jean-Claude André, Alain le Meho a Olivier de Witt. Úspech sa dosiahol v oboch prípadoch. V roku 1984 vedci požiadali o patent. Francúzi boli o tri týždne popredu, no nepomohlo im to – ich návrh bol považovaný za neperspektívny, a tak neinvestovali do vývoja technológií. Hull bol ale úspešný, a preto je považovaný za vynálezcu 3D tlače.

Hullov prvý vytlačený kus bol malý pohár. Inžinierovi pripomenula nástroj na vkvapkávanie očných kvapiek, jeho manželke - misku na prijímanie.

V roku 1986 Hull spolu s partnermi vytvorené 3D Systems Corporation. O rok neskôr vydali prvú sériovo vyrábanú 3D tlačiareň SLA‑1. Vynález spočiatku zaujal automobilky: pomocou zariadenia vytlačili prototypy malých dielov, ako sú kľučky dverí.

Polovica 80. a 90. rokov 20. storočia: vzostup iných metód 3D tlače

Koncom 20. storočia sa objavilo niekoľko ďalších technológií 3D tlače. Najprv - selektívne laserové spekanie (SLS). Tu sa ako "atrament" nepoužívajú živice, ale sypké látky. Autor technológie Carl Deckard vyvinuté ju ako študentku magisterského štúdia na University of Texas. S vytvorením zariadenia mu pomohol profesor Joseph Beeman. Prvý objekt vytlačený 3D tlačiarňou SLS je kocka. V roku 1988 si Deckard patentoval vynález a založil Desk Top Manufacturing.

O rok neskôr sa objavil tavená depozičná metóda (FDM). „Atrament“ sú v tomto prípade termoplastické polyméry vo forme vlákna. Sú navinuté na cievke a umiestnené vo vnútri zariadenia. Polyméry sa potom zahrejú a nalejú do naprogramovaného tvaru. Autorom takejto 3D tlače je inžinier Scott Crump. k myšlienke toho vyzvaní životná skúsenosť. Crump pracoval pre spoločnosť, ktorá plánovala vyrobiť vykladač PCB. Ale veci nešli podľa plánu. Prototypovanie trvalo dlho, v dôsledku čoho spoločnosť premeškala šancu vstúpiť na trh. Potom sa inžinier rozhodol nájsť spôsob, ako urýchliť takéto procesy. Začal experimentovať v kuchyni: vyzbrojený horúcou lepiacou pištoľou a polotuhými plastovými gélmi vyrobil pre svoju dcéru hračku žabku. V roku 1989 vytvoril niekoľko modelov zariadenia, získal patent a otvoril firmu na výrobu 3D tlačiarní Stratasys FDM.

Prvá FDM tlačiareň sa objavila v roku 1991. Teraz je to snajbežnejší Technológia 3D tlače.

Nasledujúca metóda je priamy rast laserom (LMD). Jeho prišiel s výskumníci v Sandia National Laboratories (USA) v 90. rokoch. Ako tlačový materiál sa tu používa kov vo forme prášku alebo drôteného vlákna. LMD sa používa v priemysle - napríklad na vytváranie dielov. Aj dosť veľké. Napríklad najväčšia 3D tlačiareň v Rusku s touto technológiou schopný vyrobiť výrobky s parametrami 2,2 metra v priemere a jeden meter na výšku. Inštalácia sa volá „ILIST-2XL“ a bola vytvorená v Rosatome.

Koniec 90. a 20. storočia: zrod biotlače

Perspektívy 3D tlače v medicíne boli zaznamenané takmer okamžite po nástupe technológie. Prvý experiment v tejto oblasti držané v roku 1999 výskumníkmi z Bostonskej detskej nemocnice na Harvardskej lekárskej fakulte. Pomocou tlačiarne vytvorili z kolagénu a polymérov lešenie močového mechúra. A potom naň ručne umiestnili darcovské bunky od pacientov.

Skutočná biotlač sa objavila v roku 2003. Autorom technológie je americký bioinžinier Thomas Boland. On vymenené „atrament“ na kvapalinu so skutočnými živými bunkami a ako podklad na ich umiestnenie použili špeciálny substrát. Vďaka tomu sa mu podarilo vytlačiť bunky baktérií a cicavcov. Technologický patent prijaté v roku 2006.

V tom istom smere v nule pracoval skupina vedcov vedená profesorom Gaborom Forgáchom. Ich technológia biotlače NovoGen bola prvou, ktorá dosiahla komerčný úspech, keď bola Organova otvorená v San Diegu v roku 2007 na jej distribúciu. O dva roky neskôr tam prepustený jednou z prvých komerčných 3D biotlačiarní je Novogen MMX.

Polovica 21. storočia: Budovanie rozpočtovej 3D tlačiarní

Po dlhú dobu boli 3D tlačiarne masívne a drahé. Preto sa zdalo nemožné kúpiť si takéto zariadenie do domácnosti. zmeniť situáciu rozhodol Britský lektor Adrian Bauer. Univerzita, na ktorej pracoval, mala 3D tlačiareň za 40 000 libier, jednu z najlacnejších v tom čase. Bauer však sníval o tom, že bude ešte šetrnejší k rozpočtu. V roku 2005 prišiel s nápadom na RepRap, kompaktnú 3D tlačiareň, ktorá by dokázala vytvoriť väčšinu jej častí. S jedným takýmto strojom by bolo možné vyrobiť oveľa viac podobných.

V tom istom roku 2005 Bauer dostal peniaze na realizáciu svojho nápadu a hovoril o ňom na webe. RepRap je projekt s otvoreným zdrojovým kódom: každá osoba na internete ho môže upravovať a upravovať podľa vlastného uváženia. Koncept sa rýchlo stal populárnym. V roku 2008 bol prepustený Prvým modelom RepRap je Darwin. Vyzeralo to ako rám s drôtmi a spojovacími prvkami. Nebol veľmi pekný, ale celkom funkčný: mohol vytlačiť niektoré zo svojich častí a iných predmetov, ako napríklad držiak na telefón do auta.

RepRap nie je jediným takýmto projektom. V roku 2006 študenti Cornell University predložené Open source 3D tlačiareň - Fab@Home. Medzi prvé veci, ktoré s ním vytvoril, boli silikónový remienok na hodinky a malá vrtuľa.

Začiatok roku 2010: Vývoj 3D protéz

V roku 2013 bábkoherec Ivan Owen vytvorené prvá 3D tlačená protetická ruka. S technológiami začal experimentovať nielen zo zvedavosti. Owena oslovila žena, ktorej syn sa narodil bez prstov na pravej ruke. V tom čase mal chlapec už päť rokov. Umelec sa najskôr zameral na známe materiály ako kov a dokonca z nich vytvoril prvý prototyp. Čoskoro som si však uvedomil, že dieťa rýchlo rastie a každý rok prerábať ruku je príliš namáhavé. Owen sa teda začal zaoberať 3D tlačou, požiadal technologickú spoločnosť o pár tlačiarní na dobrú vec a začal modelovať ruku na počítači. Všetko prebehlo dobre - ruka vyšla silná a pohyblivá.

Owen nelicencoval vynález. Namiesto toho zverejnil projekt vo verejnej doméne, aby si iní ľudia mohli vyrobiť protézu.

Koniec 2010: Výstavba tlačených domov

Myšlienka, že veľká 3D tlačiareň by umožnila stavať domy rýchlejšie a menej prácne ako klasické nástroje, diskutované už koncom 20. storočia. V roku 2000 začali vyvíjať vhodné stroje a technológie a v roku 2010 sa už objavili prvé tlačené domy. Napríklad v roku 2015 čínska spoločnosť WinSun postavený pomocou tlačiarne šesťposchodovej budovy. V roku 2016 v Dubaji objavil kancelária na mieru: možnosť jednoduchého vytvárania vlastných návrhov je jednou z výhod 3D tlače v stavebníctve.

V roku 2017 sa v Rusku objavili prvé obytné budovy postavené pomocou tejto technológie - v r Stupino A Jaroslavľ. A v roku 2022 výskumníci z University of Maine za 12 hodín vytvorené prvý dom vytlačený výhradne z biomateriálov – drevených vlákien a živíc. Veľký výber stavebných „atramentov“ je ďalším plusom 3D tlače. Na tieto účely sa používa napríklad betón, piesok, sopečný popol a ryžové šupky.

Čo teraz?

Dnes sa 3D tlač aktívne používa v rôznych oblastiach. S jeho pomocou vytvárajú oblečenie, výskumné nástroje, implantáty a dokonca aj jedlo. Schopnosti technológie sa aktívne skúmajú a má mnoho perspektív. Áno, vedci predpokladaťže v budúcnosti bude tlačiareň schopná tlačiť priamo vo vnútri človeka a čo najrýchlejšie nahradí poškodenú oblasť kosti alebo chrupavky. Už existujú príklady malých zariadení pre aplikácie in vivo. K takýmto platí endoskopická robotická tlačiareň F3DB, ktorú vytvorili inžinieri zo Sydney. A ak výskumníci nájdu spôsob, ako naprogramovať 3D orgány tak, aby hladko zapadli do nervového a obehového systému, uspieť výrazne znížiť čakaciu listinu na pomoc darcu.