Історія 3D друку

Вступ

3D друк, також відомий як адитивне виробництво, здійснив революцію у виробництві та творчості. Ця технологія дозволяє створювати тривимірні об'єкти шар за шаром, відкриваючи безмежні можливості для інновацій. У цій статті ми простежимо захопливу історію 3D друку від його ранніх коренів до сучасних досягнень.

Рання історія 3D друку

Джерела 3D друку можна простежити ще в середині 19 століття. Основи цієї технології зародилися у двох ключових областях: топографії та фотоскульптурі.

Топографія

1892 рік - Joseph E. Blanther запатентував метод пошарового виготовлення топографічних карт з воскових пластин.

1940 рік — Переру запропонував аналогічний метод створення рельєфної карти шляхом розрізання картонних листів по контуру та подальшого укладання цих листів для формування тривимірної карти.

1964 рік — З метою вдосконалення цього підходу Занг запропонував використовувати прозорі пластини та наносити топографічні елементи на кожен шар.

1973 рік — Гаскін описав тривимірну геологічну освітню модель.

1974 рік - Matsubara з Mitsubishi Motors запропонував використовувати в топографії фотополімерну смолу. Метод полягав у нанесенні фотополімеру на вогнетривкі тугоплавкі матеріали (наприклад, пісок або графітовий порошок) і формуванні цілісного листа під впливом температури. Далі за допомогою джерела світла (наприклад, ртутної лампи) певні відскановані частини шару тверднули. Неотверджені частини потім розчиняли. Сформовані таким чином тонкі шари складали разом для утворення ливарної форми.

1976 рік - DiMatteo визнав, що ці ж способи укладки можуть бути використані для отримання поверхонь, які найскладніше виготовити, використовуючи стандартні операції обробки. Як приклади він наводить пропелери, повітряні плівки, тривимірні кулачки та пресформи.

Фотоскульптура

1860 рік — Французький художник, фотограф та скульптор Франсуа Віллем (François Willème) винайшов метод фотоскульптури (photosculpture). За допомогою 24 фотоапаратів, розташованих по колу та одночасно фотографуючих об'єкт, він отримував точну тривимірну копію об'єкта. Для створення прототипу використовувався силует кожної фотографії.

1904 рік — В спробі полегшити трудомісткий процес фотоскульптури Віллема, Baese описав техніку з використанням градуйованого світла на желатин, який розширюється пропорційно експозиції при обробці водою.

1935-1944 роки — В деяких ранніх роботах Моріока розробив гібридний процес, поєднуючи аспекти фотоскульптури та топографії. Цей метод використовує структуроване світло (чорні та білі смуги світла) для створення контурних ліній об'єкта. Контури можуть бути перетворені на шари для подальшої обрізки та укладання або проєктування на матеріал заготівлі для різьби.

1951 рік — Мюнц запропонував систему, яка має особливості сучасних методів стереолітографії. Він описав систему вибіркового впливу прозорої фотоемульсії на пошаровий образ, де кожен шар отримується з поперечного перетину сканованого об'єкта.

Розвиток 3D друку в кінці 20 століття

1981 рік — Хідео Кодама з Нагояського муніципального дослідницького інституту промисловості публікує перший звіт про роботу фотополімерної системи швидкого прототипування.

1984 рік — Засновник 3D Systems Чарльз Халл (Charles Hull) винаходить технологію стереолітографії (SLA) і патентує її у 1987 році. Технологія дозволяє отримати 3D-модель, використовуючи лазер для гравіювання об'єкта у спеціальній рідині (фотополімері).

1991 рік - Stratasys виробляє перший у світі FDM принтер. Технологія FDM (моделювання методом пошарового наплавлення) використовує пластик та екструдер для нанесення шарів на друковану платформу. Сьогодні ви можете купити 3D принтер FDM для домашнього або професійного використання.

1992 рік - 3D Systems виробляють перший SLA 3D-принтер.

1992 рік - DTM виробляє перший SLS 3D принтер. Технологія SLS (вибіркове лазерне спікання) схожа на SLA, але використовує порошок (і лазер) замість рідини.

1994 рік — Винайдено восковий принтер.

1997 рік - Aeromet винаходить лазерне адитивне виробництво.

1999 рік — Вчені змогли виростити органи з клітин пацієнта та використовувати 3D-друкований каркас для їх підтримки.

Прориви на початку 21 століття

2000 рік - Object Geometries виробляє перший струменевий 3D принтер.

2000 рік - Z Corp виробляє перший багатоколірний 3D-принтер.

2001 рік - Solidimension виробляє перший настільний 3D-принтер.

2002 рік — Виробляються мініатюрні 3D-друковані нирки. Вчені мають намір виготовити повнорозмірні, робочі органи.

2005 рік — Доктор Адріан Бойер з Університету Бата заснував проєкт RepRap, який був задуманий як демократизація технології 3D друку.

2008 рік - RepRap Darwin виробляє перший 3D-принтер, який здатний відтворити багато власних елементів.

2008 рік - Stratasys виробляє перший біосумісний FDM матеріал.

2008 рік — Виготовлено перший 3D протез.

2008 рік - Shapeways запускає інтернет-магазин 3D моделей.

2008 рік - Makerbot запускає Thingiverse – сайт для вільного обміну файлами 3D моделей.

2009 рік - Makerbot виробляє розширений комплект RepRap для широкої аудиторії.

2009 рік - Organovo виробляє перший 3D друкований кровоносну судину.

Нове покоління 3D друку

Прориви в матеріалах і технологіях

2011 рік — На 3D принтері надруковано перший автомобіль.

2011 рік — Корнельський університет створив перший харчовий 3D принтер.

2012 рік - LayerWise друкує перші у світі щелепи та імплантує їх.

2013 рік — Коди Вілсона просять видалити конструкцію першого у світі 3D-друкованого пістолета.

2014 рік — НАСА відправила 3D принтер у космос, щоб надрукувати перший у світі об'єкт за межами Землі.

2015 рік — Компанія Carbon випускає свій революційний надшвидкий 3D принтер CLIP 3D.

3D друк в медицині та біодрук

2016 рік — Лабораторія Деніела Келлі оголошує про можливість використання 3D принтерів для друку кісток.

2018 рік — Вчені з Університету Ньюкасла створюють першу людську рогівку за допомогою 3D-біопринтера.

2019 рік — Ізраїльські вчені створюють перше 3D-друковане серце з використанням людських тканин і судин.

3D друк у будівництві

2020 рік — У Дубаї завершено будівництво найбільшого у світі 3D-друкованого будинку площею 640 квадратних метрів.

2021 рік — У Нідерландах заселено перший в Європі житловий будинок, повністю надрукований на 3D-принтері.

3D друк в авіації та космонавтиці

2022 рік - NASA успішно випробовує ракетний двигун, на 30% складається з 3D-друкованих деталей.

2023 рік — Компанія Relativity Space запускає першу у світі ракету, на 85% складається з 3D-друкованих компонентів.

Перспективи 3D друку (2020-2024)

Сучасні матеріали та методи

2020-2024 роки характеризуються стрімким розвитком матеріалів і методів 3D друку:

• Поява нових композитних матеріалів, що поєднують властивості металів, кераміки та полімерів.
• Розвиток технології багатоматеріального 3D друку, що дозволяє створювати об'єкти з різними властивостями в різних частинах.
• Вдосконалення методів 3D друку металами, включаючи селективне лазерне плавлення (SLM) та електронно-променеве плавлення (EBM).
• Розробка біосумісних і біорозкладних матеріалів для медичного застосування.

Соціальні та екологічні аспекти

Останніми роками зростає увага до соціальних та екологічних аспектів 3D друку:

• Використання перероблених пластиків і біопластиків для зниження екологічного сліду.
• Розвиток локального виробництва за допомогою 3D друку, що скорочує потребу в глобальних ланцюжках постачання.
• Застосування 3D друку для створення доступних протезів і медичних пристроїв у країнах, що розвиваються.
• Інтеграція 3D друку в освітні програми для розвитку навичок майбутнього.

Персоналізація продукції та послуг

2024 рік ознаменувався подальшим розвитком персоналізації за допомогою 3D друку:

• Розширення можливостей для створення індивідуальних медичних імплантатів та ортезів.
• Зростання популярності персоналізованих споживчих товарів, від ювелірних виробів до предметів інтер'єру.
• Впровадження 3D друку в індустрію моди для створення одягу та взуття за індивідуальними мірками.
• Розвиток сервісів з 3D друку на замовлення, що роблять технологію доступною для широкого кола споживачів.

3D друк у повсякденному житті

До 2024 року 3D друк став невіднятною частиною багатьох аспектів нашого повсякденного життя:

• Домашнє виробництво: все більше людей використовують 3D принтери для дому, щоб створювати унікальні предмети або замінювати зламані деталі.
• Освіта: 3D принтери стали звичним явищем у школах та університетах, допомагаючи студентам втілювати свої ідеї в реальність.
• Медицина: персоналізовані 3D-друковані протези, ортези та імплантати стали більш доступними та ефективними.
• Архітектура та дизайн: архітектори та дизайнери інтер'єрів активно використовують 3D друк для створення макетів і прототипів.
• Кулінарія: 3D-друковані кондитерські вироби та декоративні елементи для страв стають популярними в ресторанному бізнесі.

Висновок

Історія 3D друку — це захоплива подорож від простих експериментів з топографією та фотоскульптурою до революційних технологій, що змінюють різні аспекти нашого життя. За останні десятиліття 3D друк пройшов шлях від нішевої технології до невіднятної частини сучасного виробництва та творчості.

Сьогодні 3D друк продовжує розвиватися, відкриваючи нові горизонти в медицині, аерокосмічній промисловості, будівництві та багатьох інших галузях. Він не тільки змінює способи виробництва, але й дає нам можливість персоналізувати продукти, скорочувати відходи та створювати речі, які раніше здавалися неможливими.

У компанії 3D4U ми прагнемо бути на передньому краї цих інновацій, пропонуючи нашим клієнтам послуги 3D друку високої якості. Незалежно від того, чи потрібен вам прототип для вашого наступного винаходу або унікальний подарунок, ми тут, щоб допомогти вам втілити ваші ідеї в реальність.

Майбутнє 3D друку виглядає яскравим і багатообіцяючим. Оскільки технологія стає все більш доступною та досконалою, ми можемо очікувати ще більш вражаючих інновацій і застосувань у найближчі роки. Хто знає, можливо, наступний великий прорив в історії 3D друку буде зроблений саме вами!