Från en liten kopp till höghus: hur 3D-utskriftstekniken har förändrats

Början av 1980-talet: första experiment

Den första 3D-utskriftstekniken erbjuds Japanska Hideo Kodama 1981. Visserligen kallades det då inte 3D-utskrift, utan snabb prototyping. Kodama kom med en enhet som fungerade enligt metoden stereolitografi (SLA): en laser bestrålade ett fotopolymerharts och lade ut ett programmerat objekt i lager. Han beskrev dock bara idén, men han kunde inte tillhandahålla de bevis som var nödvändiga för att få patent.

Ungefär samtidigt började arbetet med en enhet för snabb prototypframställning på egen hand Amerikansk ingenjör Charles Hull och franska ingenjörer Jean-Claude André, Alain le Meho och Olivier de Witt. Framgång uppnåddes i båda fallen. 1984 ansökte forskarna om patent. Fransmännen låg tre veckor före, men det hjälpte dem inte - deras förslag ansågs vara föga lovande, så de investerade inte i utvecklingen av teknik. Men Hull blev en succé, varför han anses vara uppfinnaren av 3D-utskrift.

Hulls första tryckta verk var en liten kopp. Hon påminde ingenjören om ett verktyg för att ingjuta ögondroppar, hans fru - en skål för nattvarden.

1986, Hull, tillsammans med partners skapat 3D Systems Corporation. Ett år senare släppte de den första massproducerade 3D-skrivaren, SLA-1. Uppfinningen lockade till en början bilföretag: med hjälp av enheten tryckte de prototyper av små delar, som dörrhandtag.

Mitten av 1980- och 1990-talen: uppkomsten av andra 3D-utskriftsmetoder

I slutet av 1900-talet dök flera fler 3D-utskriftstekniker upp. Först - selektiv lasersintring (SLS). Här används inte hartser, utan bulkämnen som "bläck". Teknikförfattaren Carl Deckard tagit fram henne som masterstudent vid University of Texas. Professor Joseph Beeman hjälpte honom att skapa enheten. Det första objektet som skrivs ut av SLS 3D-skrivaren är en kub. 1988 patenterade Deckard uppfinningen och grundade Desk Top Manufacturing.

Ett år senare dök upp fused deposition method (FDM). "Bläcket" i detta fall är termoplastiska polymerer i form av en filament. De lindas på en spole och placeras inuti enheten. Polymererna värms sedan upp och hälls i den programmerade formen. Författaren till sådan 3D-utskrift är ingenjör Scott Crump. till tanken på det uppmanad livserfarenhet. Crump arbetade för ett företag som planerade att göra en PCB-avlastare. Men det gick inte enligt planerna. Prototyparbete tog lång tid, som ett resultat missade företaget sin chans att ta sig in på marknaden. Sedan bestämde sig ingenjören för att hitta ett sätt att påskynda sådana processer. Han började experimentera i köket: beväpnad med en varm limpistol och halvfasta plastgeléer gjorde han en leksaksgroda till sin dotter. 1989 skapade han flera modeller av enheten, fick patent och öppnade ett företag för produktion av Stratasys FDM 3D-skrivare.

Den första FDM-skrivaren dök upp 1991. Nu är det medmest vanliga 3D-utskriftsteknik.

Följande metod är direkt lasertillväxt (LMD). Hans kom på forskare vid Sandia National Laboratories (USA) på 1990-talet. Metall används här som tryckmaterial i form av ett pulver eller en trådtråd. LMD används inom industrin - till exempel för att skapa delar. Ganska stora också. Till exempel den största 3D-skrivaren i Ryssland med denna teknik kunna tillverka produkter med parametrar på 2,2 meter i diameter och en meter i höjd. Installationen heter "ILIST-2XL", och den skapades i Rosatom.

Sent 1990-tal och 2000-tal: födelsen av bioprinting

Utsikterna för 3D-utskrift inom medicin märktes nästan omedelbart efter teknikens tillkomst. Det första experimentet på detta område hölls 1999 av forskare vid Boston Children's Hospital vid Harvard Medical School. Med hjälp av en skrivare skapade de en blåsställning av kollagen och polymerer. Och sedan placerade de manuellt donatorceller från patienter på den.

True bioprinting dök upp 2003. Teknikens författare är den amerikanske bioingenjören Thomas Boland. han ersatt "bläck" på en vätska med riktiga levande celler, och använde ett speciellt substrat som bas för att placera dem. Som ett resultat lyckades han skriva ut celler av bakterier och däggdjur. Teknikpatent mottagen år 2006.

I samma riktning i noll arbetade en grupp vetenskapsmän ledda av professor Gabor Forgach. Deras NovoGen bioprinting-teknologi var den första som nådde kommersiell framgång, med lanseringen av Organova 2007 i San Diego. Två år senare där släppte en av de första kommersiella 3D-bioskrivarna är Novogen MMX.

Mitten av 2000-talet: Bygg budget 3D-skrivare

Under lång tid var 3D-skrivare enorma och dyra. Därför verkade det omöjligt att köpa en sådan enhet för hemmet. förändra situationen bestämt Brittisk föreläsare Adrian Bauer. Universitetet han arbetade på hade en 3D-skrivare på 40 000 pund, en av de billigaste på den tiden. Men Bauer drömde om att göra det ännu mer budgetvänligt. 2005 kom han på idén till RepRap, en kompakt 3D-skrivare som kunde skapa de flesta av dess delar. Med en sådan maskin skulle det vara möjligt att tillverka många fler liknande.

Samma 2005 fick Bauer pengar för att implementera sin idé och talade om den på webben. RepRap är ett projekt med öppen källkod: alla personer på Internet kan modifiera och modifiera det som de vill. Konceptet blev snabbt populärt. 2008 släpptes RepRaps första modell är Darwin. Det såg ut som en ram med vajrar och fästelement. Han var inte särskilt vacker, men ganska funktionell: han kunde skriva ut några av sina delar och andra föremål, till exempel en biltelefonhållare.

RepRap är inte det enda sådana projektet. 2006, studenter vid Cornell University lämnats 3D-skrivare med öppen källkod - Fab@Home. Bland det första han skapade med den var ett klockarmband i silikon och en liten propeller.

Början av 2010-talet: Utveckling av 3D-proteser

2013, dockspelaren Ivan Owen skapat den första 3D-printade proteshanden. Han började experimentera med teknik inte bara av nyfikenhet. Owen blev kontaktad av en kvinna vars son föddes utan fingrar på höger hand. Vid den tiden var pojken redan fem år gammal. Till en början tittade konstnären på välbekanta material som metall och skapade till och med den första prototypen av dem. Men snart insåg jag att barnet växer snabbt, och att göra om handen varje år är för mödosamt. Så Owen började titta på 3D-utskrift, bad ett teknikföretag om ett par skrivare för en god sak och började modellera en hand på en dator. Allt gick bra - handen kom ut stark och rörlig.

Owen licensierade inte uppfinningen. Istället publicerade han projektet i offentlig egendom så att andra kunde göra en protes åt sig själva.

Sent 2010-tal: Byggande av tryckerier

Tanken att en stor 3D-skrivare skulle göra det möjligt att bygga hus snabbare och mindre arbetskrävande än klassiska verktyg, diskuteras redan i slutet av 1900-talet. På 2000-talet började man utveckla lämpliga maskiner och teknologier och på 2010-talet dök redan de första tryckerierna upp. Till exempel, 2015, det kinesiska företaget WinSun byggd med hjälp av en skrivare i sex våningar. 2016 i Dubai dök upp Skräddarsytt kontor: möjligheten att enkelt skapa skräddarsydda mönster är en av fördelarna med 3D-utskrift i konstruktion.

2017 dök de första bostadshusen som byggdes med denna teknik upp i Ryssland - i Stupino Och Yaroslavl. Och 2022, forskare vid University of Maine om 12 timmar skapat det första huset tryckt helt från biomaterial - träfibrer och hartser. Ett stort urval av bygg-"bläck" är ett annat plus med 3D-utskrift. För dessa ändamål används till exempel betong, sand, vulkanaska och risskal.

Och nu då?

Idag används 3D-printing aktivt inom olika områden. Med dess hjälp skapar de kläder, forskningsinstrument, implantat och till och med mat. Teknikens möjligheter undersöks aktivt, och den har många möjligheter. Ja, forskare antaatt skrivaren i framtiden kommer att kunna skriva ut direkt inuti en person och ersätta det skadade området med ben eller brosk så snabbt som möjligt. Det finns redan exempel på små enheter för in-vivo-applikationer. Till sådana gäller endoskopisk robotskrivare F3DB, skapad av ingenjörer från Sydney. Och om forskare hittar ett sätt att programmera 3D-organ så att de passar sömlöst in i nerv- och cirkulationssystemen, lyckas minska väntelistan för givarhjälp avsevärt.