История 3D печати

Введение

3D печать, также известная как аддитивное производство, произвела революцию в производстве и творчестве. Эта технология позволяет создавать трехмерные объекты слой за слоем, открывая безграничные возможности для инноваций. В этой статье мы проследим захватывающую историю 3D печати от ее ранних корней до современных достижений.

Ранняя история 3D печати

Истоки 3D печати можно проследить еще в середине 19 века. Основы этой технологии зародились в двух ключевых областях: топографии и фотоскульптуре.

Топография

1892 год - Joseph E. Blanther запатентовал метод послойного изготовления топографических карт из восковых пластин.

1940 год - Переру предложил аналогичный метод создания рельефной карты путем разрезания картонных листов по контуру и последующей укладки этих листов для формирования трехмерной карты.

1964 год - С целью совершенствования данного подхода Занг предложил использовать прозрачные пластины и наносить топографические элементы на каждый слой.

1973 год - Гаскин описал трехмерную геологическую образовательную модель.

1974 год - Matsubara из Mitsubishi Motors предложил использовать в топографии фотополимерную смолу. Метод заключался в нанесении фотополимера на огнеупорные тугоплавкие материалы (например, песок или графитовый порошок) и формировании целостного листа под воздействием температуры. Далее при помощи источника света (например, ртутной лампы) определенные отсканированные части слоя затвердевали. Неотвержденные части впоследствии растворяли. Сформированные таким образом тонкие слои складывали вместе для образования литейной формы.

1976 год - DiMatteo признал, что эти же приемы укладки могут быть использованы для получения поверхностей, которые наиболее сложно изготовить, используя стандартные операции обработки. В качестве примеров он приводит пропеллеры, воздушные пленки, трехмерные кулачки и пресс-формы.

Фотоскульптура

1860 год - Французский художник, фотограф и скульптор Франсуа Виллем (François Willème) изобрел метод фото-скульптуры (photosculpture). При помощи 24 фотоаппаратов, расположенных по кругу и одновременно фотографирующих объект, он получал точную трехмерную копию объекта. Для создания прототипа использовался силуэт каждой фотографии.

1904 год - В попытке облегчить трудоемкий процесс фотоскульптуры Виллема, Baese описал технику с использованием градуированного света на желатин, который расширяется пропорционально экспозиции при обработке водой.

1935-1944 годы - В некоторых ранних работах Мориока разработал гибридный процесс, сочетающий аспекты фотоскульптуры и топографии. Этот метод использует структурированный свет (черные и белые полосы света) для создания контурных линий объекта. Контуры могут быть преобразованы в слои для последующей обрезки и укладки или проецирования на материал заготовки для резьбы.

1951 год - Мюнц предложил систему, которая имеет особенности современных методов стереолитографии. Он описал систему выборочного воздействия прозрачной фотоэмульсии на послойный образ, где каждый слой получается из поперечного сечения сканируемого объекта.

Развитие 3D печати в конце 20 века

1981 год - Хидео Кодама из Нагойского муниципального исследовательского института промышленности публикует первый отчет о работе фотополимерной системы быстрого прототипирования.

1984 год - Основатель 3D Systems Чарльз Халл (Charles Hull) изобретает технологию стереолитографии (SLA) и патентует ее в 1987 году. Технология позволяет получить 3D-модель, используя лазер для гравировки объекта в специальной жидкости (фотополимере).

1991 год - Stratasys производит первый в мире FDM принтер. Технология FDM (моделирование методом послойного наплавления) использует пластик и экструдер для нанесения слоев на печатную платформу. Сегодня вы можете купить 3D принтер FDM для домашнего или профессионального использования.

1992 год - 3D Systems производят первый SLA 3D-принтер.

1992 год - DTM производит первый SLS 3D принтер. Технология SLS (выборочное лазерное спекание) похожа на SLA, но использует порошок (и лазер) вместо жидкости.

1994 год - Изобретен восковой принтер.

1997 год - Aeromet изобретает лазерное аддитивное производство.

1999 год - Ученые смогли вырастить органы из клеток пациента и использовать 3D-печатный каркас для их поддержки.

Прорывы в начале 21 века

2000 год - Object Geometries производит первый струйный 3D принтер.

2000 год - Z Corp производит первый многоцветный 3D-принтер.

2001 год - Solidimension производит первый настольный 3D-принтер.

2002 год - Производятся миниатюрные 3D-печатные почки. Ученые намерены произвести полноразмерные, рабочие органы.

2005 год - Доктор Адриан Бойер из Университета Бата основал проект RepRap, который был задуман как демократизация технологии 3D печати.

2008 год - RepRap Darwin производит первый 3D-принтер, который в состоянии воспроизвести многие собственные элементы.

2008 год - Stratasys производит первый биосовместимый FDM материал.

2008 год - Изготовлен первый 3D протез.

2008 год - Shapeways запускает интернет-магазин 3D моделей.

2008 год - Makerbot запускает Thingiverse – сайт для свободного обмена файлами 3D моделей.

2009 год - Makerbot производит расширенный комплект RepRap для широкой аудитории.

2009 год - Organovo производит первый 3D печатный кровеносный сосуд.

Новое поколение 3D печати

Прорывы в материалах и технологиях

2011 год - На 3D принтере напечатан первый автомобиль.

2011 год - Корнельский университет создал первый пищевой 3D принтер.

2012 год - LayerWise печатает первые в мире челюсти и имплантирует их.

2013 год - Коди Уилсона просят удалить конструкцию первого в мире 3D-печатного пистолета.

2014 год - НАСА отправила 3D принтер в космос, чтобы напечатать первый в мире объект за пределами Земли.

2015 год - Компания Carbon выпускает свой революционный сверхбыстрый 3D принтер CLIP 3D.

3D печать в медицине и биопечать

2016 год - Лаборатория Дэниела Келли объявляет о возможности использования 3D принтеров для печати костей.

2018 год - Ученые из Университета Ньюкасла создают первую человеческую роговицу с помощью 3D-биопринтера.

2019 год - Израильские ученые создают первое 3D-печатное сердце с использованием человеческих тканей и сосудов.

3D печать в строительстве

2020 год - В Дубае завершено строительство крупнейшего в мире 3D-печатного здания площадью 640 квадратных метров.

2021 год - В Нидерландах заселен первый в Европе жилой дом, полностью напечатанный на 3D-принтере.

3D печать в авиации и космонавтике

2022 год - NASA успешно испытывает ракетный двигатель, на 30% состоящий из 3D-печатных деталей.

2023 год - Компания Relativity Space запускает первую в мире ракету, на 85% состоящую из 3D-печатных компонентов.

Перспективы 3D печати (2020-2024)

Современные материалы и методы

2020-2024 годы характеризуются стремительным развитием материалов и методов 3D печати:

• Появление новых композитных материалов, сочетающих свойства металлов, керамики и полимеров.
• Развитие технологии многоматериальной 3D печати, позволяющей создавать объекты с различными свойствами в разных частях.
• Усовершенствование методов 3D печати металлами, включая селективное лазерное плавление (SLM) и электронно-лучевую плавку (EBM).
• Разработка биосовместимых и биоразлагаемых материалов для медицинского применения.

Социальные и экологические аспекты

В последние годы возрастает внимание к социальным и экологическим аспектам 3D печати:

• Использование переработанных пластиков и био-пластиков для снижения экологического следа.
• Развитие локального производства с помощью 3D печати, сокращающего потребность в глобальных цепочках поставок.
• Применение 3D печати для создания доступных протезов и медицинских устройств в развивающихся странах.
• Интеграция 3D печати в образовательные программы для развития навыков будущего.

Персонализация продукции и услуг

2024 год ознаменовался дальнейшим развитием персонализации с помощью 3D печати:

• Расширение возможностей для создания индивидуальных медицинских имплантатов и ортезов.
• Рост популярности персонализированных потребительских товаров, от ювелирных изделий до предметов интерьера.
• Внедрение 3D печати в индустрию моды для создания одежды и обуви по индивидуальным меркам.
• Развитие сервисов по 3D печати на заказ, делающих технологию доступной для широкого круга потребителей.

3D печать в повседневной жизни

К 2024 году 3D печать стала неотъемлемой частью многих аспектов нашей повседневной жизни:

• Домашнее производство: все больше людей используют 3D принтеры для дома, чтобы создавать уникальные предметы или заменять сломанные детали.
• Образование: 3D принтеры стали обычным явлением в школах и университетах, помогая студентам воплощать свои идеи в реальность.
• Медицина: персонализированные 3D-печатные протезы, ортезы и имплантаты стали более доступными и эффективными.
• Архитектура и дизайн: архитекторы и дизайнеры интерьеров активно используют 3D печать для создания макетов и прототипов.
• Кулинария: 3D-печатные кондитерские изделия и декоративные элементы для блюд становятся популярными в ресторанном бизнесе.

Заключение

История 3D печати - это захватывающее путешествие от простых экспериментов с топографией и фотоскульптурой до революционных технологий, меняющих различные аспекты нашей жизни. За последние десятилетия 3D печать прошла путь от нишевой технологии до неотъемлемой части современного производства и творчества.

Сегодня 3D печать продолжает развиваться, открывая новые горизонты в медицине, аэрокосмической промышленности, строительстве и многих других областях. Она не только меняет способы производства, но и дает нам возможность персонализировать продукты, сокращать отходы и создавать вещи, которые раньше казались невозможными.

В компании 3D4U мы стремимся быть на переднем крае этих инноваций, предлагая нашим клиентам услуги 3D печати высокого качества. Независимо от того, нужен ли вам прототип для вашего следующего изобретения или уникальный подарок, мы здесь, чтобы помочь вам воплотить ваши идеи в реальность.

Будущее 3D печати выглядит ярким и многообещающим. По мере того как технология становится все более доступной и совершенной, мы можем ожидать еще более впечатляющих инноваций и применений в ближайшие годы. Кто знает, возможно, следующий большой прорыв в истории 3D печати будет сделан именно вами!