3D spausdinimas: viena iš revoliucingiausių XXI amžiaus nanufaktūravimo technologijų

Kai pirmą kartą išgirdote žodžius "3D spausdinimas", ar įsivaizdavote super futuristinę technologiją, kuri dažnai pasirodo mokslinės fantastikos filmuose? Tačiau, patikėkite tai ar ne, 3D spausdinimas buvo maždaug beveik 40 metų.

Trimatis (3D) spausdinimas yra priedų gamybos procesas, sukuriantis fizinį objektą iš skaitmeninio dizaino. Procesas veikia nustatant plonus medžiagos sluoksnius skysto arba miltelinio plastiko, metalo ar cemento pavidalu, o tada sulydant sluoksnius.

Čia yra greitas 3D spausdinimo grafikas nuo 1940-ųjų iki šiandien.

1940-ieji: koncepcija

Tiesą sakant, 3D spausdinimas koncepcinėje koncepcijoje egzistuoja nuo 1945 m. - Murray Leinster paaiškino terminą savo 1945 m. Apsakyme "Things Pass By": "Tačiau šis konstruktorius yra efektyvus ir lankstus. Aš maitinu magnetroninį plastiką - daiktus, kuriuos jie gamina šiandienos namuose ir laivuose - į šią judančią ranką. Jis daro brėžinius ore po brėžinių, jis nuskaito su foto-ląstelėmis. Tačiau plastikas išeina iš piešimo rankos galo ir sukietėja, kai jis ateina ... Tik po brėžinių."

1980-ieji: gimimas

Pirmosios dokumentuotos 3D spausdinimo iteracijos gali būti atsektos iki 1980-ųjų pradžios Japonijoje. 1981 m. Dr. Hideo Kodama iš Nagojos savivaldybės pramonės tyrimų instituto paskelbė išsamią informaciją apie "greito prototipų kūrimo" techniką. Šis tyrimas buvo pirmasis literatūros kūrinys, aprašęs sluoksnio po sluoksnio metodą, būdingą 3D spausdinimui. Jo tyrimai apėmė fotopolimerų spausdinimą naudojant metodą, kuris buvo prieš stereolitografiją, taip pat kalbėjo apie skerspjūvio sluoksnių griežinėliais, kurie gulėjo vienas ant kito, kad sudarytų 3D objektą. Tačiau dr. Kodama neįvykdė patento paraiškos iki jo termino ir niekada nebuvo suteiktas patentas.

Po kelerių metų prancūzų inžinierių Alain Le Méhauté, Olivier de Witte ir Jean Claude Andréwas trijulė siekė sukurti greitą prototipų kūrimo mašiną. Vietoj dervos jie siekė sukurti sistemą, kuri lazeriu išgydytų skystus monomerus į kietąsias medžiagas. Jie pateikė stereolitografijos proceso patentą, tačiau atsisakė dėl verslo perspektyvos trūkumo.

Chuck Hull sukūrė pirmąjį 3D spausdintuvą. 1986 m. jis pateikė pirmąjį stereolitografijos patentą (SLA), įkūrė "3D Systems Corporation", o 1988 m. išleido savo pirmąjį komercinį produktą SLA-1. Ši mašina leido pagaminti sudėtingas dalis, sluoksnius po sluoksnio, per tą laiką, kurį paprastai užtruktų. "Hull" pateikė daugiau nei 60 patentų apie technologiją, tapdama greito prototipų kūrimo judėjimo krikštatėviu ir išradusi STL failo formatą, kuris vis dar naudojamas šiandien.

SLA nebuvo vienintelis priedų gamybos procesas, kuris buvo ištirtas per šį laiką. 1988 metais Teksaso universitete Carl deckard užpatentavo SLS technologiją , kitą 3D spausdinimo techniką, kurioje milteliniai grūdai sujungiami lazeriu. Tuo tarpu "Fused Deposition Modeling" (FDM) taip pat užpatentavo Scott Crump. Metodas apėmė polimero gijos lydymą ir deponavimą ant pagrindo, sluoksnio po sluoksnio, kad būtų sukurtas 3D objektas.

1990-2000: Augimas

1990-aisiais daugelis įmonių ir pradedantiesiems pradėjo pasirodyti ir eksperimentuoti su skirtingomis priedų gamybos technologijomis. Per šį laiką mašinos labai skyrėsi nuo tų, kurias naudojame dabar. Jie buvo sunkiai naudojami, brangūs, o daugeliui galutinių atspaudų reikėjo daug apdorojimo.

2004 m. Dr. Adrian Bowyer, Vyresnysis mechanikos inžinerijos dėstytojas Bath universitete Jungtinėje Karalystėje, įkūrė RepRap projektą. Tai buvo atviro kodo projektas, kurio tikslas buvo sukurti 3D spausdintuvą, kuris galėtų spausdinti daugumą savo dalių. Jo idėja buvo demokratizuoti 3D spausdinimą, padarant technologiją prieinamą žmonėms visame pasaulyje.

2009 m. buvo metai, kai FDM patentai pateko į viešąją erdvę, atverdama kelią plačiai FDM 3D spausdintuvų inovacijų bangai, stalinių 3D spausdintuvų kainos kritimui, taigi, kadangi technologija buvo labiau prieinama, padidėjo matomumas.

3D spausdinimas dabar: Pagrindinis

Šiandien 3D spausdintuvų kainos pradėjo mažėti, todėl jos tapo prieinamos plačiajai visuomenei. Kartu su mažesnėmis kainomis taip pat padidėjo spausdinimo kokybė ir paprastumas.

3D spausdinimas naudojamas įvairiuose laukuose. Sautamptono universiteto mokslininkai atliko pirmąjį pasaulyje 3D spausdintuvu atspausdintą bepilotes skraido orlaivius; 3D spausdintuvu atspausdinto automobilio gamintojai su hibridiniu dujų ir elektriniu varikliu pasiekė iki 200 mpg; ir startuolis, kurio specializacija – ekologiškų gyvų struktūrų kūrimas, sukūrė robotų pagamintą buveinę, tinkamą gyventi Marse.

3D spausdinimo proveržiai vyksta greičiau nei bet kada anksčiau. Tai didžiulis poveikis ir didelis potencialas keičia mūsų gyvenimą.