Од мале шоље до високих зграда: како се променила технологија 3Д штампања

Ране осамдесете: први експерименти

Прва технологија 3Д штампања понудио Јапанац Хидео Кодама 1981. Истина, тада се то звало не 3Д штампање, већ брза израда прототипа. Кодама је смислио уређај који је радио према методи стереолитографије (СЛА): ласер је озрачио фотополимерну смолу, постављајући програмирани објекат у слојеве. Међутим, он је само описао идеју, али није могао да пружи доказе неопходне за добијање патента.

Отприлике у исто време, почео је рад на уређају за брзу самосталну израду прототипа амерички инжењер Чарлс Хал и француски инжењери Жан-Клод Андре, Ален ле Мехо и Оливије де Вит. У оба случаја је постигнут успех. 1984. истраживачи су се пријавили за патент. Французи су били три недеље испред, али им то није помогло – њихов предлог се сматрао неперспективним, па нису улагали у развој технологије. Али Хал је био успешан, због чега се сматра проналазачем 3Д штампања.

Халов први штампани комад била је мала шоља. Подсетила је инжењера на алат за укапавање капи за очи, његову жену - чинију за причешће.

1986. Хал, заједно са партнерима створио 3Д Системс Цорпоратион. Годину дана касније, објавили су први масовно произведени 3Д штампач, СЛА‑1. Проналазак је у почетку привукао аутомобилске компаније: уз помоћ уређаја штампали су прототипове малих делова, као што су кваке на вратима.

Средином 1980-их и 1990-их: успон других метода 3Д штампања

Крајем 20. века појавило се још неколико технологија 3Д штампања. Први - селективно ласерско синтеровање (СЛС). Овде се као "мастило" не користе смоле, већ расуте супстанце. Аутор технологије Царл Децкард развијена њу као студенткиња мастер студија на Универзитету Тексас. Професор Џозеф Биман му је помогао да направи уређај. Први објекат који штампа СЛС 3Д штампач је коцка. Године 1988, Децкард је патентирао проналазак и основао Деск Топ Мануфацтуринг.

Годину дана касније појавио се метода фузионог таложења (ФДМ). "Мастило" у овом случају су термопластични полимери у облику филамента. Они су намотани на завојницу и смештени унутар уређаја. Полимери се затим загревају и сипају у програмирани облик. Аутор таквог 3Д штампања је инжењер Скот Крамп. на идеју о томе подстакнут животно искуство. Црумп је радио за компанију која је планирала да направи ПЦБ унлоадер. Али ствари нису ишле по плану. Израда прототипа је дуго трајала, као резултат тога, компанија је пропустила прилику да уђе на тржиште. Тада је инжењер одлучио да пронађе начин да убрза такве процесе. Почео је да експериментише у кухињи: наоружан пиштољем за лепак и получврстим пластичним геловима, направио је играчку жабу за своју ћерку. Године 1989. створио је неколико модела уређаја, добио патент и отворио компанију за производњу 3Д штампача Стратасис ФДМ.

Први ФДМ штампач појавио се 1991. године. Сада је санајчешћи Технологија 3Д штампања.

Следећи метод је директан ласерски раст (ЛМД). Његово смислили истраживачи у Сандиа Натионал Лабораториес (САД) 1990-их. Метал се овде користи као штампарски материјал у облику праха или жичане нити. ЛМД се користи у индустрији - на пример, за креирање делова. И прилично велике. На пример, највећи 3Д штампач у Русији са овом технологијом способан за производњу производи са параметрима од 2,2 метра у пречнику и један метар висине. Инсталација се зове "ИЛИСТ-2КСЛ", а настала је у Росатому.

Касне 1990-те и 2000-те: рођење биоштампања

Изгледи за 3Д штампање у медицини примећени су скоро одмах након појаве технологије. Први експеримент у овој области Одржан 1999. од стране истраживача у Бостонској дечјој болници на Харвардској медицинској школи. Користећи штампач, направили су скелу за бешику од колагена и полимера. А онда су на њега ручно поставили донорске ћелије пацијената.

Прави биопринт се појавио 2003. године. Аутор технологије је амерички биоинжењер Томас Боланд. Он замењени "мастила" на течности са правим живим ћелијама, а као подлогу за њихово постављање користио посебну подлогу. Као резултат тога, успео је да одштампа ћелије бактерија и сисара. Технолошки патент примљен у 2006. години.

У истом правцу у нули радио група научника коју предводи професор Габор Форгач. Њихова НовоГен технологија биоштампа је прва која је постигла комерцијални успех, лансирањем Органове 2007. у Сан Дијегу. Две године касније тамо ослобођени један од првих комерцијалних 3Д биопринтера је Новоген ММКС.

Средина 2000-их: Израда буџетских 3Д штампача

Дуго времена, 3Д штампачи су били масивни и скупи. Због тога је изгледало немогуће купити такав уређај за дом. промените ситуацију одлучио Британски предавач Адријан Бауер. Универзитет на коме је радио имао је 40.000 фунти 3Д штампач, један од најјефтинијих у то време. Али Бауер је сањао да га учини још повољнијим за буџет. Године 2005. дошао је на идеју за РепРап, компактни 3Д штампач који би могао да креира већину његових делова. Имајући једну такву машину, било би могуће произвести још много сличних.

Исте 2005. Бауер је добио новац за имплементацију своје идеје и говорио о томе на Интернету. РепРап је пројекат отвореног кода: свака особа на Интернету може га модификовати и модификовати како жели. Концепт је брзо постао популаран. У 2008. години пуштен Први модел РепРап-а је Дарвин. Изгледало је као оквир са жицама и причвршћивачима. Није био баш леп, али прилично функционалан: могао је да штампа неке своје делове и друге предмете, као што је држач за аутомобилски телефон.

РепРап није једини такав пројекат. 2006. студенти Универзитета Корнел достављени 3Д штампач отвореног кода - Фаб@Хоме. Међу првим стварима које је створио са њим били су силиконски каиш за сат и мали пропелер.

Ране 2010-те: Развој 3Д протеза

2013. луткар Иван Овен створио прва 3Д штампана протетска рука. Почео је да експериментише са технологијом не само из радозналости. Овену је пришла жена чији је син рођен без прстију на десној руци. У то време, дечак је већ имао пет година. У почетку је уметник гледао на познате материјале попут метала и чак је од њих створио први прототип. Али убрзо сам схватио да дете брзо расте и да је понављање руке сваке године превише напорно. Тако је Овен почео да се бави 3Д штампањем, замолио технолошку компанију за неколико штампача за добар циљ и почео да моделира руку на рачунару. Све је прошло добро - рука је изашла јака и покретна.

Овен није лиценцирао проналазак. Уместо тога, он је објавио пројекат у јавном домену како би други људи могли да направе протезу за себе.

Крајем 2010-их: Изградња штампаних кућа

Идеја да би велики 3Д штампач омогућио изградњу кућа брже и мање радно интензивни од класичних алата, расправљали већ крајем 20. века. 2000-их су почели да развијају одговарајуће машине и технологије, а 2010-их су се већ појавиле прве штампане куће. На пример, 2015. кинеска компанија ВинСун изграђен користећи штампач за шестоспратницу. У Дубаију 2016 појавио канцеларија прилагођеног облика: могућност лаког креирања прилагођеног дизајна је једна од предности 3Д штампања у грађевинарству.

У Русији су се 2017. године појавиле прве стамбене зграде изграђене по овој технологији - у Ступино И Иарославл. А 2022. истраживачи са Универзитета Мејн за 12 сати створио прва кућа штампана у потпуности од биоматеријала – дрвених влакана и смола. Велики избор грађевинских "мастила" је још један плус 3Д штампања. За ове сврхе, на пример, користе се бетон, песак, вулкански пепео и пиринчане љуске.

Шта сад?

Данас се 3Д штампа активно користи у различитим областима. Уз његову помоћ креирају одећу, истраживачке инструменте, имплантате, па чак и храну. Могућности технологије се активно истражују и она има много перспектива. Да, научници предложитида ће у будућности штампач моћи да штампа директно унутар особе, замењујући оштећено подручје кости или хрскавице што је брже могуће. Већ постоје примери малих уређаја за ин-виво апликације. Ка таквом примењује ендоскопски роботски штампач Ф3ДБ, креиран од стране инжењера из Сиднеја. А ако истраживачи пронађу начин да програмирају 3Д органе тако да се неприметно уклапају у нервни и циркулаторни систем, успети значајно смањити листу чекања за донаторску помоћ.